光模块核心温控器件—Micro-TEC制冷芯片及行业分析

2026-09-14 10:55:494

一、什么是TEC

TEC(Thermo Electric Cooler)即热电制冷器,外观是片状器件,又称半导体制冷片、半导体热电制冷组件、TEC制冷片,是一种利用半导体材料的珀耳帖效应(Peltier效应:是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时,在电偶的两端即可出现一端吸收热量,一端放出热量的现象)实现制冷或加热的电子器件。

TEC通常由若干对P型、N型半导体热电偶串联或并联,再使用陶瓷板上下封装而成,使得TEC器件的一端为冷面,一端为热面,借助热交换器等各种传热手段,可以使TEC的热端不断散热,冷端不断从工作环境吸收热量。单对PN单元的制冷能力有限,TEC一般由十几到几十个PN单元组合而成。单个TEC冷热端温差可达60~70℃,冷端温度达-20~-10℃,如果想获取的温差更大,冷端温度更低可将多个TEC堆叠使用。

二、TEC的分类

TEC热电制冷器产品种类繁多,主要可分为单级TEC、多级TEC、Micro-TEC、环形TEC等四大类型。

三、上下游产业链

1.上游

TEC上游主要包括热电材料(碲化铋等)、覆铜陶瓷基板、半导体密封胶等原材料及设备供应,上游产业为TEC行业提供生产所需的原材料、工艺技术、相关设备等。上游产业链的原材料供给规模、材料价格、工艺水平对TEC行业存在重大影响。

热电材料

TEC的核心是由P型和N型两种热电材料构成的PN结。这些热电材料包括但不限于碲化铋、硒化铅等,它们具有优异的热电性能,能够实现高效的制冷效果。目前商业应用于TEC 的主要是碲化铋基热电材料。

陶瓷基板

TEC的导热绝缘层由陶瓷基板构成,半导体晶粒紧凑地排列和固定在绝缘的两块金属化陶瓷基板之间,陶瓷基板材料及厚度对TEC制冷效率有显著的影响。目前常用的封装基板材料主要包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等,氮化铝陶瓷基板因具有热导率高、热膨胀系数低、化学稳定性好等优点被广泛地应用于微型TEC。

金属材料

铜材为MEMS上游主要原材料。其中铜材是指以纯铜或铜合金制成各种形状包括棒、线等。

相关设备

在制造设备方面,TEC的生产涉及到精密的切割、焊接、封装等工艺,需要使用到高精度的设备。这些设备的质量和性能直接影响到TEC的生产效率和产品质量。

2.中游生产企业

当前,在高端半导体制冷技术领域,高端TEC市场,如应用于光模块的Micro-TEC等,主要由来自日本和美国的多家国际领军企业所把控,主要是日本大和(2021年全资收购俄罗斯RMT)约占60%、日本小松约占20%,美国莱尔德、Phononic、IV-II Marlow共约占15%。高端TEC器件国产化率不足5%

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标签: 半导体

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