高速光模塊溫控核心器件，Micro TEC國產化空間廣闊

TEC(Thermo Electric Cooling)是半導體制冷器的簡稱，又稱熱電制冷器，它是一種基于熱電材料的帕爾貼效應（Peltier effect）實現的固態制冷技術，可以通過改變電流方向實現的 TEC 器件表面的溫度控制，控溫精度甚至可以達到 0.01℃。

根據帕爾貼效應，當一塊N 型半導體材料和一塊 P 型半導體材料聯結成電偶對時，在這個電路中接通直流電流，就能產生能量的轉移，電流由 N 型元件流向 P 型元件的接頭吸收熱量，成為冷端;由 P 型元件流向 N 型元件的接頭釋放熱量，成為熱端，所以，在一個熱電制冷器上就可以同時實現制冷和加熱兩種功能。

圖 TEC的結構示意圖，重摻雜的N型和P型的碲化鉍主要用作TEC的半導體材料，碲化鉍元件采用電串聯，并且是并行發熱。TEC包括一些P型和N型對（組），它們通過電極連在一起，并且夾在兩個陶瓷電極之間；TEC組件每一側的陶瓷電極的作用是防止由TEC電路引起的激光器管芯的短路。

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Micro TEC 是高速光模塊制冷的核心器件

在光通信網絡信號傳輸過程中，光模塊的工作溫度是一項非常重要的監控指標。光器件波長和功率強烈依賴于溫度，溫度的波動會導致通訊出現異常。作為光模塊中關鍵的精準溫控器件，Micro TEC 對光模塊進行精準的主動控溫，是目前最主要的保證光模塊有效工作、延長使用壽命的技術解決方案，有助于提高光模塊的散熱效率，維持工作波長的穩定，減少因溫度導致的通道間波段串擾，確保其在穩定的溫度下發揮最佳性能，進行持續不斷的數據傳輸。

圖 TEC在光模塊中的應用

超微型制冷器件又稱 Micro TEC，業界沒有統一的界定，參考有些日本 TEC 制造企業是這樣定義的：一般是指晶粒尺寸小于 0.35 mm，高度小于 0.4 mm，TEC 整體尺寸不大于3mm*3mm的 TEC。Micro TEC 采用高性能的熱電材料，高可靠性的材料制備技術，先進的制造工藝制作而成，具有體積小的特點，可滿足在極小空間且苛刻環境條件下長期可靠工作。

Micro TEC具有結構小巧、控溫精準、無噪音、無污染、可靠性高等優勢，主要是面向光通訊，如光模塊、數據中心、激光發射器、光接收器等光器件的精確溫度控制。同時還應用于汽車用激光雷達芯片的控溫、手機 CPU 的控溫、氣體探測等。

5G與AI驅動，Micro TEC市場前景廣闊

隨著應用于光模塊、微處理器等電子器件的快速發展，其尺寸不斷減小，集成度不斷提高，微小面積內的功耗急劇上升，局部熱流密度大幅增加。半導體熱電制冷技術作為高熱流密度局部主動制冷和精準控溫的重要技術解決方案，對更高的可靠性、更小的尺寸的高性能微型熱電制冷器件需求迫切。

圖 Micro TEC，攝于見炬科技展臺

受益于 AI 人工智能、云計算、新一代接入網等技術的持續發展與應用場景的不斷拓展，光模塊產品不斷迭代升級，全球對于光模塊尤其是高速率光模塊的需求在同步上升，400G/800G 高速率光模塊有望在未來引領市場份額，部分 400G/800G 高速率光模塊會使用 Micro TEC 進行溫控散熱。據 Light Counting 分析，400G 光模塊會在 2020-2024 年引領市場份額，而基于對更高速率、更高性價比的需求，2025 年后有望迎來 800G 時代；根據 Yole 預測，到 2028 年，全球光模塊市場收入有望達到 223 億美元，2022-2028 年間的復合增長率約為 12%。隨著高速率光模塊的快速發展，Micro TEC將迎來發展機遇。天風證券預計2024年光模塊所需Micro TEC的市場規模約為 66 億人民幣。

MicroTEC技術壁壘高，國產化正當時

400G/800G 高速率光模塊對 Micro TEC 可靠性、穩定性要求較高。對于微型熱電制冷器件來說，隨著光模塊等電子元器件的尺寸以及集成度越來越高，對與之相配套使用的熱電器件的尺寸和集成度也提出了更高的要求。熱電器件的微型化程度越高，其組裝難度和加工難度越大。

圖 超微型TEC，攝于富信科技展臺

Micro TEC 核心技術壁壘主要為熱電材料及封裝工藝，國內此前技術及規模量產水平仍難以滿足相應要求，因此，應用于通信的高性能微型半導體熱電器件市場主要掌握在日本 Ferrotec、KELK、美國 Phononic等外資企業或其在國內設立的子公司手中，這些企業技術實力雄厚。而國內大部分企業由于起步較晚，還處于技術提升階段，技術水平與國際先進水平相比尚有一定差距。近幾年，富信科技、博敏電子、江西納米克、見炬科技、冷芯、鉍盛半導體、湖北賽格瑞等國內企業把握5G和AI發展帶來的市場需求機遇研發 Micro TEC，在半導體熱電器件的熱電性能、可靠性方面實現技術突破，推進半導體熱電制冷器件在通信、汽車等領域的國產替代。

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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：高速光模塊溫控核心器件，Micro TEC國產化空間廣闊