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>> 光大证券-AI行业跟踪报告之十二,光模块TEC:高端数通光模块温控核心器件,龙头富信科技成长空间广阔-230504
上传日期:   2023/5/5 大小:   473KB
格式:   pdf  共6页 来源:   光大证券
评级:   买入 作者:   刘凯
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一、Micro TEC是5G电信和200G/400G/800G数通光通信光器件精准温控的最优解决方案
  TEC(Thermo Electric Cooler)半导体致冷器是一种固态制冷技术,原理是热电材料的帕尔贴效应:当两种不同导体构成回路时,若给回路一个直流电,则回路中的一个节点放热,另一个节点制冷;电流方向反向,则热流方向也反向。单个热电材料晶粒的制冷能力有限,TEC一般有几对到十几对晶粒组合。配合热敏电阻,以及控制电路,TEC既可以制冷又可以制热,实现优于0.1℃的温度控制。
  TEC是高端光模块制冷的核心器件。
  1、稳定LD工作波长:DFB激光器波长-温度漂移系数约为0.1nm/℃,在光模块的使用温度范围内,DFB的波长漂移范围达7nm (0~70℃商业温度),这一范围超过很多波分复用系统的波长间隔,会引起通道间串扰。所以对于DWDM、LAN-WDM、MWDM这类通道间隔比较小的WDM系统,无论使用何种激光器芯片,均需使用TEC控温维持输出稳定的波长。
   2、保证器件芯片性能的发挥:某些光器件只有在稳定的温度下,才能体现出最优性能。例如EML芯片,其DFB部分温度漂移系数为0.1nm/℃,其EA部分的温度漂移系数为0.5nm/℃,两者存在严重的不匹配。若不用TEC控温,高温下EML芯片的光功率会严重下降,调制特性大打折扣,所以EML芯片一般需要控温;又例如SOA芯片,温度变化会引起增益谱的变化,还会引起热噪声的起伏,一般也必须使用TEC控温;
  3、大功率器件的散热:某些大功率器件,仅凭高热导率材料的被动散热方式很难满足散热需求,必须使用TEC这种主动散热方式,才能有比较好的散热效果。
  二、Micro TEC市场空间广阔,富信科技是国内该领域的龙头企业
  Micro TEC是被喻为5G和高端数通光通信光器件精准温控的最优解决方案。AI驱动高端数据中心和5G驱动电信网络新型基础设施建设,意味着信号发射器需求持续上升,由于数通和电信在传输过程中对温度的稳定有极严苛的标准,这就需要超微型制冷器件的加持。Micro TEC(超微型制冷器件)业界没有统一的界定,参考部分日本TEC制造企业的定义:一般是指晶粒尺寸小于0.35mm,高度小于0.4mm,TEC整体尺寸不大于3mm*3mm的TEC。此产品采用高性能的热电材料,高可靠性的材料制备技术,先进的制造工艺制作而成,具有体积小的特点,可满足在极小空间且苛刻环境条件下长期可靠工作。此外,超微型制冷器件与传统的压缩机比对具有体积小、无噪音、无污染、可靠性高等优势。
  目前Micro TEC主要是面向光通讯,如光模块、数据中心、激光发射器、光接收器等光器件的精确温度控制。同时还应用于激光雷达芯片的控温、手机CPU的控温、气体检测,特别是在5G和高端数通领域,Micro TEC是被喻为5G和高端数通光通信光器件精准温控的最优解决方案。
  在光模块领域,10G以下的低速光模块可以不用,对于使用WDM波分复用的高速光模块,尤其是目前的200G、400G和800G光模块,microTEC是必须要使用的,否则无法解决波长稳定性的问题。
  根据富信科技资料,TEC在发射光器件中的用量将从2020年的3000万枚增长到2026年的7000万枚左右。
  TEC市场空间广阔。由于400G/800G光模块集成程度和组装密度高,对光模块散热提出了更高的要求。因此,采用TEC半导体热电制冷技术对光模块进行精准的主动控温,保持其工作在温度稳定的环境下,是目前最主要的确保光模块有效工作、延长使用寿命的技术解决方案。2023年100G~800G数通光模块出货量约2200万只,光模块TEC需求有望量价齐升。MicroTEC价格与器件尺寸和晶粒数量有关,速率越高,价格越贵,50G光模块的TEC金额约30元(单个光模块使用2片TEC,单个TEC价格为15元,同下)、100G约100元(6-8片/15元)、800G约300-400元(6-8片/40元),按单只光模块用8片TEC和均价15-20元计算,2023年全球数通光模块TEC市场空间约26~35亿元。
  竞争格局:目前日美市占率95%。行业龙头企业是日本大和、小松;美国marlow、phononic。根据产业链调研,大和全球份额约为60%,小松约为20%,美国企业份额近年来有所提升,估计美国相关企业合计份额15%左右。目前国内优秀的供应商包括:佛山富信科技(国内做的最早,技术最成熟的,是国内目前唯一量产microTEC的供应商)、见炬科技(2020年成立)、冷芯半导体(2021年成立)。
  富信科技在技术领域不断迭代升级,在Mircro-TEC芯片的研发与制成方面已取得重大突破。
  三、Micro TEC壁垒高企,日美企业是行业龙头
  Micro-TEC芯片壁垒:Micro-TEC芯片的两大关键核心技术:具有高热电转换效率的高强度热电材料制造技术和Micro-TEC芯片的高精度封装技术。
  难点一:高热电转换效率、高强度热电材料制造技术
  目前商业应用于TEC的主要是碲化铋基热电材料,我国规模以上制造企业大概有10家左右,采用的工艺皆为60年代发展起来的区域熔炼工艺,生产的产品(晶棒)从头到尾轴向方向非常不均匀,径向
 
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