當航空航天領域在1990年代首次采用蝕刻銅箔替代漆包線時，磁性元件三維布線時代的序幕便已悄然拉開。與傳統繞線變壓器相比，PCB繞組變壓器的本質突破并非在于電磁原理革新，而是將手工纏繞的隨機性轉化為微米級可控的幾何精度——線寬公差從±200μm壓縮至±10μm。

本期高端訪談，《磁性元件與電源》采訪了長沙泰科斯德技術有限公司總經理楊習斌，共同探討PCB繞組變壓器的性能優勢、痛點及未來發展趨勢。

三大優勢奠定PCB繞組變壓器發展潛力

相比于傳統變壓器，PCB繞組變壓器有著無可比擬的優勢：

一是繞組排布靈活度高。以磁芯中柱繞制半匝副邊為例，手工繞線無法實現＜1匝的精確纏繞，機器繞制難度也指數級增加。

但PCB繞組卻可以輕而易舉地實現任意角度走線，如45°/135°非正交設計、銳角/鈍角、立體跳層等。

二是制程精細化。傳統變壓器制程一般是毫米級，PCB繞組變壓器制程可達微米級。

三是參數控制精準。PCB繞組變壓器參數可控（半匝電感量精度達±3%），并支持磁路重構，局部增強耦合（如半匝集中靠近氣隙），以及熱路重構（在發熱區增厚銅箔）。

綜合來看，匝數非整數、繞組空間曲率變化，PCB是唯一解；磁-熱耦合精準調控，PCB繞組變壓器也是最優解。

5%市占率的困局

但是這種劃時代的產品結構，在當前市場上卻鮮少見其身影。

據楊習斌介紹，目前PCB繞組變壓器在整個電源市場的占比預計僅為5%左右。“并沒有特別明確的應用市場，目前相對明確的主要是通訊電源、手機充電器和模塊電源（如1/4磚、1/8磚DC-DC模塊電源）等對體積要求比較高場景。”

而導致這一結果的原因，是多方面的：

一是成本枷鎖。相比于傳統變壓器，PCB方案單價溢價高出35%左右，月產能＞10萬只才能與傳統變壓器持平。

二是功率上限低。FR4和聚酰胺基材導熱性差，繞組銅排熱量難以導出，功率躍升成為PCB繞組變壓器的瓶頸。從整個行業看，目前量產的PCB繞組變壓器功率普遍小于500W，其適用范圍窄。

三是寄生參數優化難度高。為了提升載流能力，PCB繞組變壓器需采用多層疊加結構，但鄰近效應會導致其渦流損耗顯著增大，加上窗口面積小，分布電容比傳統變壓器更大，優化難度也更高。

其實早在新世紀伊始，華為、中興等頭部企業已開始嘗試在服務器電源中采用PCB繞組變壓器。但正是因為基材導熱差、高散熱成本以及多層疊構的寄生參數，最終導致PCB繞組變壓器溢價難破，并未真正普及應用。

14盎司銅厚突破千瓦功率瓶頸

泰科斯德在汽車電子領域的PCB繞組方案技術儲備始于2019年，通過多方技術探索，于2020年完成多個量產批次驗證，充分具備技術落地能力。

楊習斌透露，提升功率需要增加銅厚，但這會導致多方面的問題：

一是會加劇高頻下趨膚深度，降低內部金屬利用率；

二是銅與FR4基材導熱系數不同，會導致熱量在銅-基材界面堆積，形成橫向熱阻壁壘，增加熱失控風險，銅排越厚，基材碳化風險越高；

三是銅與FR4基材熱膨脹系數差異回流焊時界面剪切應力變大，增加分層率。

突破千瓦級功率瓶頸。據了解，目前業界的工藝水平普遍在3-5盎司，而泰科斯德PCB繞組變壓器銅厚已增加至14盎司（約0.5mm），功率已突破千瓦級。

楊習斌認為，在保證多層板可制造性及電磁場分布不受影響的前提下，盡可能提升基材的導熱性能是關鍵。為此泰科斯德嘗試了各種基材的性能，并取得顯著效果。

探索新基材性能。“目前來看陶瓷基板PCB方案具有較大發展潛力，只要解決多層板內部的埋孔（類似于盲孔結構）工藝難題即可。”楊習斌如此告訴《磁性元件與電源》。

優化系統熱設計。楊習斌還提到，泰科斯德從系統熱設計入手，在設計過程中解決繞組發熱均衡問題，增大 PCB 接觸面積，優化內部銅排熱量導流通道，并確保良好的外部散熱條件；通過3D 利茲線結構優化繞組布局設計，抑制分布電容，并結合具體的電路拓撲進行參數匹配設計。

需要強調的是，這些問題源于 PCB 繞組的結構特性，難以有通用解決方案，需結合具體應用進行設計和工藝優化。

楊習斌告訴《磁性元件與電源》，對于PCB繞組變壓器而言，真正的挑戰正是這種方案設計能力，尤其是各種寄生參數的優化能力，這需要企業掌握精確計算的磁性元件設計方法，而非傳統的經驗主義。

而這恰恰也是業界所缺乏的，目前多數磁性元件企業并未參與到PCB繞組變壓器的設計過程，更多只是負責組裝，原因在于很多磁性元件企業并不具備配合電源企業開發的方案設計能力。

算力戰爭催生替代奇點

不過，隨著AI算力需求的爆發，PCB繞組變壓器得天獨厚的優勢正一步步展現，尤其是精度優勢正重塑產業版圖，一場靜默的技術替代浪潮正在醞釀。

未來算力密度提升導致耗電量激增，服務器電源的功率密度持續攀升是必然趨勢。隨著功率密度的提升，PCB繞組變壓器將成為服務器電源的更優選擇。

當參數容差從“厘米級”進入“微米級”，經驗主義讓位于模型驅動，工程師的核心能力從“公式套用”轉向“跨物理場耦合解耦”，這將大大壓縮通過試錯方式找到設計最優區間的可能性。

傳統變壓器設計更多基于經驗主義的試錯，大部分設計是通過經驗公式（如Steinmetz Equation）完成的，其寬泛誤差范圍較大。在過去設計裕量充足時尚可滿足需求；但面對AI服務器高頻化、小型化趨勢下的嚴苛參數容差，此類公式以及“補丁式進化”已觸及設計極限，無法支撐精準設計。

PCB繞組變壓器憑借結構自由度與制程精度，正從“可選項”變為大功率電源的“生存必需項”。PCB繞組特有的設計靈活性，使其能夠在研發前端即系統性化解多類技術難點。這不僅大幅簡化了生產環節的工藝復雜度，更在終端應用中實現了顯著提升的一致性與可靠性。

楊習斌認為，未來真正推動PCB繞組變壓器在國內普及的，就是基于繞組靈活排布磁集成方案或矩陣變壓器結構。“我們預判，PCB繞組變壓器將在未來3-5年內取代大功率場景中50%以上的傳統變壓器，尤其在AI服務器電源領域將實現近乎全面替代。”

而楊習斌這番話，也可從英偉達發布的數據中心800V電源架構中得到驗證。

由于數據中心傳統48V低壓母線方案存在銅耗巨大、損耗高、發熱嚴重等，2025年5月，英偉達正式宣布推出下一代800V高壓直流（HVDC）數據中心電源架構設想，旨在解決AI數據中心高功率需求下的能效和基礎設施瓶頸問題。

從APEC2025（全球電力電子領域最具影響力的專業會議之一）對400/800V高壓直流（HVDC）數據中心電源架構供電方案的解讀分析可以看出，就磁性元件方案而言，都采用了PCB繞組變壓器。

結語

當半導體器件在摩爾定律驅動下實現指數級迭代時，變壓器仍深陷于材料物理的桎梏，其核心形態與上世紀中葉相比未發生本質躍遷。PCB繞組這場革命，不僅讓變壓器更美觀，更讓其從能量轉換器進化為磁電智能體，有望彌合代差鴻溝。

好消息是，雖然國外的研究投入和應用探索遠多于國內，但并不存在跨時代的代差。那么，在三維集成與多物理場耦合層面重構電力電子系統的創新范式的過程中，國內變壓器企業能否將技術主權搶在手中？