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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%。
国内TEC企业则主要以非微型消费级TEC市场为主。
3.下游主要应用
TEC集中于小空间精确制冷,其具有体小量轻、快速制冷、精确控温、静音、便携等特点,并凭借不可替代的灵活性、多样性、可靠性等优势,广泛应用于电子电器行业、通讯、汽车、医疗、工业、消费电子、航空航天、激光器、科研/实验等诸多领域。下游市场的规模发展为TEC行业创造了客观的新增市场容量,同时下游产业的结构升级,有助于驱动TEC行业技术进步。
四、TEC行业情况
1.市场规模
全球市场规模
预计到2030年全球热电冷却器(TEC)模块市场规模将达到23.69亿美元,2024年至2030年年复合增长率超过12%(含大模块)。
2、国内市场规模
国内光模块销售量大概占全球的60-70%,全球前十大光模块厂商中国已占据7个席位。全球仅有日本KELK、日本Ferrotec、美国II-VI-Marlow、美国Phononics、俄罗斯RMT这几家能够出货光模块用的Micro-TEC。未来AI时代带来的数据中心放量将导致光模块需求激增,AI必须要算力,算力必须建数据中心,数据中心总投资1亿元中的2000万元为光模块,而Micro-TEC又为光模块的核心零部件。在5G与AI驱动下,Micro-TEC市场前景广阔。
TEC(半导体制冷器) 是光模块的 “隐形英雄”——通过“电致温差效应”精准调控模块内部温度(光器件对温度极其敏感,温差过大会导致信号失真)。
供需暗线:
• 800G时代:每模块依赖2颗TEC,TEC需求“刚性”;
• 硅光时代:硅基光器件温度适应性更强,对TEC的需求可能 降低甚至部分替代,长期或冲击TEC市场。
国内TEC主要玩家
武汉高芯科技、江苏稳信科技、深圳创世纪科技、烟台睿创微纳等,均深度绑定旭创、新易盛等头部客户。
新易盛核心供货方是武汉高芯科技——其高精度TEC(±0.1℃)适配800G温控需求,且与新易盛在800G项目中“协同研发多年”,供应链绑定深厚。
未来启示:
2025年是光模块的 “800G稳态期”,但1.6T与硅光技术已在暗中蓄力。对TEC供应商而言,既要抓住800G的“现期红利”,也要应对硅光替代的“长期挑战”;对行业而言,AI驱动的高速率需求仍在扩容,但技术迭代将持续重塑供应链格局——谁能在硅光、1.6T中率先突破,谁就掌握下一轮话语权
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