磁集成通過將電感、變壓器、濾波器等分立磁性元件的功能整合至單一組件中，顯著提升了功率密度與系統(tǒng)效率，同時大幅縮小了磁性元件產(chǎn)品體積。

但同時磁集成也導(dǎo)致磁性元件的物理結(jié)構(gòu)和電磁特性復(fù)雜化，這使得磁性元件傳統(tǒng)自動化生產(chǎn)模式面臨多重矛盾。

多位接受《磁性元件與電源》采訪的權(quán)威專家指出，僅從生產(chǎn)維度評估，磁集成技術(shù)對磁性元件自動化生產(chǎn)并不“友好”。

本文將結(jié)合部分企業(yè)的觀點(diǎn)，分析磁集成自動化難題產(chǎn)生的原因、具體哪些環(huán)節(jié)更難自動化并分享業(yè)界的磁集成自動化解決方案。

磁集成后自動化難題產(chǎn)生的原因

相比于傳統(tǒng)分立磁性元件方案，磁集成自動化難題的產(chǎn)生，主要有以下幾個原因：

磁芯幾何結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。磁集成后的磁芯常突破傳統(tǒng)磁芯的幾何限制，呈現(xiàn)3D異構(gòu)結(jié)構(gòu)（如多氣隙堆疊、螺旋磁路、嵌入式繞組），傳統(tǒng)繞線機(jī)、組裝夾具無法適配異形磁集成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

例如，磁集成平面變壓器需要將繞組蝕刻在PCB板上并與磁芯精密對位，公差需控制在±10μm以內(nèi)，這對機(jī)械定位系統(tǒng)的剛性和抗振性提出極高要求。

一種PCB繞組磁集成變壓器

定制化設(shè)計(jì)比例激增。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，超過60%的磁集成組件為定制化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致無法沿用通用自動化設(shè)備。

例如，新能源汽車OBC（車載充電機(jī)）中的LLC諧振變壓器需根據(jù)整車空間定制磁芯形狀，產(chǎn)線需頻繁更換工裝夾具，設(shè)備利用率下降40%以上。

車載OBC磁集成產(chǎn)品，圖片來源：普晶電子

除了磁芯結(jié)構(gòu)，軟磁材料也需定制。

國家級電氣工程高級工程師、中國電源學(xué)會磁技術(shù)專委會委員、惠州市磁極新能源科技有限公司（簡稱“磁極新能源”）研發(fā)總經(jīng)理海來布曲表示，“磁集成產(chǎn)品需要軟磁材料在性能上進(jìn)一步提升，通用軟磁材料的磁耦合系數(shù)無法滿足磁集成應(yīng)用要求?！?/p>

而磁耦合恰恰是更能發(fā)揮磁集成優(yōu)勢的一種集成方式。

多物理場強(qiáng)耦合。耦合磁集成后磁芯的磁通路徑復(fù)雜化，微小結(jié)構(gòu)偏差（如氣隙偏移5μm）會導(dǎo)致電感值波動超過15%，漏感增加30%。傳統(tǒng)開環(huán)控制的自動化設(shè)備（如普通繞線機(jī)）無法實(shí)時補(bǔ)償磁磁集成后的非線性誤差。

磁芯尺寸更大。雖然磁集成后縮小了磁性元件總體體積，但集成后的單一組件相比于分立磁性元件，磁芯體積變得更大，這對磁芯自動化生產(chǎn)提出了挑戰(zhàn)。

一是體積增大會導(dǎo)致自動化效率降低，二是磁芯一體成型難度增加，尤其是對金屬磁粉芯而言。

磁集成這種技術(shù)代差倒逼生產(chǎn)模式從“規(guī)?；瘡?fù)制”轉(zhuǎn)向“高精度柔性制造”，本質(zhì)是磁集成技術(shù)從“功能疊加”向“系統(tǒng)重構(gòu)”演進(jìn)過程中，離散制造能力與連續(xù)場效應(yīng)需求的結(jié)構(gòu)性矛盾。

這些結(jié)構(gòu)性矛盾直接導(dǎo)致了磁性元件生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連鎖反應(yīng)，引發(fā)了一系列自動化難題。

磁集成面臨的自動化難題有哪些

前面我們分析了磁集成后自動化產(chǎn)生的原因，那在實(shí)際生產(chǎn)過程中，磁集成產(chǎn)品具體會面臨哪些自動化難題呢？

磁集成面臨的自動化難題。磁集成解決方案涉及復(fù)雜的制造工藝，如繞線、焊接、裝配等，自動化生產(chǎn)難度更高，需確保各環(huán)節(jié)的精度和一致性。

東莞銘普光磁股份有限公司（下稱“銘普光磁”）研發(fā)總監(jiān)李禮鵬此前就提到過他們一個LLC電路的磁集成產(chǎn)品，磁集成后電感與變壓器采用連繞的方式，減少了變壓器原邊2個引腳，但同時磁集成也導(dǎo)致繞線的自動化難度升高，“這種繞線方式對自動化生產(chǎn)是相對不友好的?！?/p>

江西高新超越精密電子有限公司新能源事業(yè)部研發(fā)處長於漢斌向《磁性元件與電源》分析道：“磁集成后，對變壓器而言，焊接和裝配工序會面臨自動化生產(chǎn)的難題。由于焊接不規(guī)則，如引出線做PIN腳，很難實(shí)現(xiàn)自動化；而裝配的困難點(diǎn)主要是絕緣材料和磁芯等之間要緊配合，自動化很難實(shí)現(xiàn)。對電感而言，主要還是裝配工序比較難實(shí)現(xiàn)自動化。”

而據(jù)資深工程師寧工介紹，PCB繞組磁集成變壓器自動化難點(diǎn)有兩方面：一是PCB板層數(shù)多，對裝配精度要求較高；二是涂覆材料與工藝缺陷可能導(dǎo)致磁集成產(chǎn)品失效。

涂覆材料與工藝缺陷可能是PCB繞組磁集成變壓器產(chǎn)品目前尚未大面積普及的原因。因?yàn)橛泄こ處熖岬剑琍CB繞組磁集成變壓器是華為、中興針對基站電源開發(fā)的產(chǎn)品，但我們查看網(wǎng)上關(guān)于華為、中興基站電源的產(chǎn)品拆解中，似乎并未發(fā)現(xiàn)這種PCB繞組磁集成產(chǎn)品。

金屬磁粉芯面臨的自動化難題。金屬磁粉芯的自動化難題主要源自于體積變大后一體成型難度增加。

惠州市安可遠(yuǎn)磁性器件有限公司(下稱“安可遠(yuǎn)”)總經(jīng)理王理平告訴《磁性元件與電源》，目前業(yè)界能一體成型的純圓形磁芯（金屬磁粉芯）最大直徑尺寸在55mm左右。

王理平提到，磁芯體積變大后，需要更大的成型壓力，但邊緣可能因壓力過大而產(chǎn)生裂紋，內(nèi)部則可能因壓力不足而致密度不夠。這種壓力分布不均使得磁芯一體成型的合格率大幅降低。

針對大體積金屬軟磁粉芯，目前業(yè)界多以拼接磁塊的方式保證磁集成成品的品質(zhì)和可靠性，但這種方式毫無疑問犧牲了自動化生產(chǎn)效率。

上海兆啟新能源科技有限公司高頻事業(yè)部總經(jīng)理蘇銀行也向《磁性元件與電源》分享了他們在車載電驅(qū)上的升壓電感案例。

他說道，多塊磁芯粘接時，如何實(shí)現(xiàn)粘接自動化，保證磁芯整體一致性是比較困難的。我們這款磁集成產(chǎn)品是兩路耦合，整體方案設(shè)計(jì)也比較科學(xué)，5塊磁芯可以實(shí)現(xiàn)。如果參數(shù)選取不合理，需要7塊甚至8塊；而如果是三路耦合，那需要拼接的磁塊會更多，一致性也更難控制。

磁集成技術(shù)的應(yīng)用將磁性元件生產(chǎn)推入高精度工藝與復(fù)雜系統(tǒng)耦合的雙重挑戰(zhàn)階段，核心難題分布于不同組件與工藝環(huán)節(jié)，本質(zhì)矛盾在于：磁集成從“功能整合”升維至“系統(tǒng)重構(gòu)”時，離散制造工藝難以匹配連續(xù)電磁場的最優(yōu)解。

當(dāng)前行業(yè)通過模塊化拼接、高成本設(shè)備投入等折中方案緩解痛點(diǎn)，但唯有向“材料-工藝-數(shù)字孿生”全鏈路智能閉環(huán)演進(jìn)，才能真正跨越自動化鴻溝。

針對磁集成自動化難題的嘗試

雖然磁集成并非全新的技術(shù)，但大功率產(chǎn)品的磁集成，卻是近兩年才逐漸被業(yè)界所重視。

針對磁集成引起的自動化新難題，蘇銀行這樣總結(jié)道：所有的問題和困難都是設(shè)計(jì)產(chǎn)生的，跟制造沒有關(guān)系，制造只是給前期設(shè)計(jì)不足的地方打補(bǔ)丁。

而廣州勝美達(dá)電機(jī)有限公司中國新事業(yè)部研發(fā)經(jīng)理胡尉燦認(rèn)為，首先要先把產(chǎn)品做出來，先有了產(chǎn)品才能在迭代過程中慢慢優(yōu)化各種問題，包括自動化的問題。而且效仿的人多了以后，集合全行業(yè)的智慧，自然能找到相應(yīng)的自動化解決方案。

目前，走在磁集成應(yīng)用前沿的企業(yè)，也已開始嘗試不同的方式解決磁集成后的自動化難題。

於漢斌提到，目前超越精密主要還是采用柔性自動化生產(chǎn)的方式來解決這些難題，對于比較復(fù)雜的工序進(jìn)行分解，形成若干簡易工序，對能實(shí)現(xiàn)自動化的工序全部實(shí)現(xiàn)自動化。

王理平向《磁性元件與電源》分享了安可遠(yuǎn)耗時2年的金屬磁粉芯一體成型解決方案。他們在現(xiàn)有的成型設(shè)備上進(jìn)行再造，治工具上進(jìn)行深化改良，開發(fā)出AYX、AKX以及ATX系列磁芯，將截面為純圓形的磁環(huán)磁芯一體成型直徑拓展至102mm。

AYX系列金屬磁粉芯，圖片來源：安可遠(yuǎn)

想要構(gòu)建完善的磁集成生態(tài)，形成產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，離不開磁性元件上下產(chǎn)業(yè)鏈間的相互協(xié)作，例如磁芯外形尺寸采用分檔的方式，以應(yīng)對公差太大，自動化裝配困難等問題。

結(jié)語

面對磁集成技術(shù)引發(fā)的自動化難題，行業(yè)正通過設(shè)計(jì)革新、工藝解耦、設(shè)備重構(gòu)等多維路徑探索破局方案，并已取得一定成效。

未來，唯有構(gòu)建跨學(xué)科智能閉環(huán)生態(tài)，打通“設(shè)計(jì)-材料-制造”協(xié)同進(jìn)化的路徑，才能將磁集成從“工程師的難題”轉(zhuǎn)化為“智能制造的里程碑”。

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審核編輯 黃宇