01 半导体制冷片简介
半导体制冷片TEC利用帕尔帖效应，通电后能快速将制冷片一端的热量传导至另一端，产生温差并不断转移热量，实现制冷。半导体制冷片制冷效果好，能快速响应，功耗低且可以静音运行，近年来已经在电子设备散热中发挥重要作用，广泛应用于医疗器械、汽车、消费电子领域。同时最近随着光模块的发展，微型半导体制冷片的市场需求相应爆发，将微型制冷片和光芯片共同封装至光模块中，可以有效实现激光器散热。
富连京半导体制冷片产品
02 半导体制冷片结构
半导体制冷片TEC的结构为经典的“三明治”结构，由上下两块绝缘陶瓷基板、中间PN半导电偶串联成的热电堆、以及金属导流片组成，此外还需要外接线路，边缘用密封硅胶进行封装，防止水分进入导致内部受潮或短路。
TEC半导体结构示意图，来自：freeddywxy
● 上下层陶瓷基板：由氧化铝或氮化铝陶瓷组成，与被冷却物体直接接触，传导热量；要求具备高导热、电绝缘、表面平整。
● 导流电极：铜箔材料，经过DBC/DPC工艺形成图案化，实现电路连接和热传导；具有低电阻、高导热、与陶瓷、焊料强结合。
● 焊料：将热电晶粒与导流电极、陶瓷基板进行连接，通常为锡基焊料；要求热导率高、具有良好的润湿性和抗疲劳性。
● 热电晶粒阵列：为P型与N型碲化铋 (Bi₂Te₃) 基合金，通过帕尔帖效应泵送热量；材料具备高热电优值 (ZT值)、高塞贝克系数、低电阻率、低热导率。
● 正负极线路：引导电流流经热电偶器件。
电流从正极引线流入，依次流经上导流电极 → P型晶粒 → 下导流电极 → N型晶粒 → 上导流电极，如此循环，串联所有电偶对后从负极引线流出。Micro TEC的热电晶粒尺寸缩小至0.2mm x 0.2mm量级，整体厚度可薄至0.5mm以下，实现体积微小化。
03 陶瓷基板在TEC中的应用
其中陶瓷基板是半导体制冷器的关键组成部分，需要具备良好的绝缘性、导热性以及高机械强度，冷端直接接触待冷却物体，热端紧贴散热器将热量及时有效排出。陶瓷基板承载着PN半导体晶粒，是热量传递的核心通道，其材料和厚度影响半导体制冷片散热效果。
目前半导体制冷片TEC常用的陶瓷基板材料主要有氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等，通过DBC直接覆铜或DPC直接电镀铜工艺制成。材料方面氧化铝陶瓷性价比高，应用更广泛；氮化铝陶瓷导热率更高，主要用作精密制冷和高效制冷领域。
氧化铝陶瓷基板：
（1）成本低，工艺成熟，具备规模化生产能力，成本是氮化铝基板的1/5；
（2）绝缘性好，体积电阻率高，具有良好的机械强度和化学稳定性，能可靠隔离数百对热电偶的工作电压，保障电气安全；
（3）热导率（20-30W/m·K）相对较低，难以满足超高功率密度散热的需求；热膨胀系数与热电材料谛化铋以及金属材料铜的差异较大，界面热应力显著。
博敏电子 氧化铝TEC基板
氮化铝陶瓷基板：
（1）热导率高（150-220W/m·K），可以有效散热，提高半导体制冷片TEC的制冷效率；
（2）热膨胀系数低，氮化铝陶瓷的热膨胀系数比氧化铝的低，更适合和制冷芯片之间进行贴合配合，防止出现由于热膨胀系数不匹配出现热应力和热裂纹问题；
（3）化学稳定性好，可以耐受多种酸、碱和有机化学溶剂等化学介质的腐蚀，提高使用寿命；
（4）机械强度和硬度高，保护内部PN半导体结构不受破坏，延长使用寿命和稳定性；
（5）价格比氧化铝贵，成本高。
立诚光电 氮化铝TEC基板
DBC基板：
采用直接覆铜技术，在高温下将铜箔和氧化铝基材共同烧结，制备得到的金属基板材料结构稳定、具有良好的导热性、绝缘性。DBC基板工艺成熟，成本低，制备的半导体制冷片产品广泛应用在冰箱、除湿机、手机散热背夹等电子消费品中。
氧化铝TEC基板，来自：先导热电
DPC基板：
采用直接镀铜技术，利用薄膜工艺和光刻技术在氮化铝陶瓷基板表面溅射并电镀出精细电路，线路精度高、平整度好，同时热导率高；工艺涉及真空镀膜、光刻、电镀等工序，技术较复杂且设备投入大，制备得到的半导体制冷片适用于光通信、医疗设备等高端精密领域。博敏电子已为头部MicroTEC制造商批量供应DPC陶瓷基板，有望提升客户端份额。
国瓷赛创TEC DPC陶瓷基板
铝基板：
铝基板采用表面氧化处理的工艺制备，相比于传统的Al2O3陶瓷基板，热导率更高，传热速度更快，制冷相应时间更短，且基板的强度大幅提升，在安装和使用过程中不易碎；铝基板可以采用单面或双面柔性连接工艺，能够更好地吸收在实际状态下的应力，能使芯片使用寿命提高5倍，可应用于对芯片的使用寿命有较高要求的产品。
塞格瑞 铝基板半导体制冷片
不同的陶瓷基板材料以及不同的工艺路线得到的陶瓷基板性能也不一样，因此需要平衡好性能、成本、可靠性，在不同的应用领域采取不同的陶瓷基板。在低端散热市场，氧化铝陶瓷基板具有良好的成本优势，同时热导率满足散热需求，因此是普通散热首选材料。在高频激光器、5G/6G通信、光模块以及AR/VR等高端散热领域，对散热效果的要求高且需要具备轻量化、小型化的特点，氮化铝基板更适合高端Micro TEC产品，其使用渗透率也在逐步上升。
04 TEC结构设计挑战与优化方向
1、热应力与可靠性：Bi₂Te₃晶粒、铜电极、陶瓷基板三者热膨胀系数差异巨大，在温度循环中产生巨大应力，易导致晶粒开裂或焊点疲劳失效。优化方向包括使用CTE匹配的中间层、采用柔性焊料或粘结材料。
2、界面热阻：焊接空洞、界面反应层是主要热阻来源，严重影响制冷效率。通过真空共晶焊（将空洞率控制在3%以下）、优化焊料成分和金属化层来降低界面热阻。
3、寄生热传导与焦耳热：电流流经电极和晶粒本身会产生焦耳热，同时热量会通过晶粒和陶瓷基板从热端反向传导至冷端。这通过优化晶粒的长宽比（增加高度/减小截面积）来平衡电阻与热导，以及采用高热导陶瓷基板（如AlN） 来加速热端散热。
4、集成化与系统设计：未来趋势是将TEC与热沉、温度传感器、驱动电路进行一体化集成设计，形成智能温控模块，以提升整体能效和响应速度。
05 国内TEC陶瓷基板供应商
1、富乐华（富乐德301297）
官网：http://www.ftpowersemi.com.cn/
富乐华是全球陶瓷基板，提供DPC、DBC、AMB全系列陶瓷覆铜板产品，是高端光模块Micro TEC的核心基板供应商，深度绑定全球头部TEC和光模块厂商。富乐华与杭州大和热磁作为Ferrotec集团旗下的两大核心支柱，业务互补、战略协同，共同构筑了其全球TEC业务的坚实基础与强大竞争力。
富乐华热电制冷基板是TEC半导体制冷器件的关键基础材料，具备优良的绝缘性、导热性与结构稳定性。产品热膨胀系数与热电芯片匹配度高，可承受反复温度循环冲击，不易形变开裂。表面金属化层结合力强，能高效传递热量，保障制冷器件长期稳定工作。
富乐华热电制冷基板
2、国瓷材料（300285）
官网：https://www.sinocera.cn/
山东国瓷功能材料股份有限公司（简称：国瓷材料）是国内陶瓷材料的龙头企业，具备电子材料、催化材料、生物医疗材料、新能源材料、精密陶瓷和数码打印及其他材料六大业务板块。子公司国瓷赛创具有光模块用陶瓷基板，包括光模块底座和半导体制冷片TEC散热。TEC陶瓷基板领域已实现量产并小批量销售，公司计划在二期工厂建设完成后增加研发和投入，进一步开拓相应市场。
国瓷赛创TEC陶瓷覆铜板
国瓷赛创的TEC制冷片采用超薄氮化铝陶瓷基板（0.15mm），表面镀铜厚度20um以下，铜厚均匀性±5um；良率达85%，产能可适配800G/1.6T光模块需求，为华为、中际旭创、新易盛等头部光模块厂商，供应800G/1.6T光模块TEC基板。
3、博敏电子（603936）
官网：https://www.bominelec.com/
深圳市博敏电子有限公司成立于1994年，是专业从事印制电路板加工的高新技术企业，生产DPC和AMB陶瓷基板，其DPC陶瓷衬板已进入国内头部Micro TEC制造商的批量供应阶段。
博敏电子TEC氧化铝基板
4、成都万士达瓷业有限公司（富信科技688662）
成都万士达专门从事精密高导热陶瓷基板、DBC陶瓷覆铜电路板，产品主要有96%氧化铝陶瓷基板、DBC陶瓷覆铜板，是TEC龙头企业富信科技旗下控股子公司，万士达生产的陶瓷覆铜基板主要应用在半导体制冷领域。
成都万士达TECDBC陶瓷基板
5、成都旭瓷材料（旭光电子600353）
官网：https://www.cdxuci.cn/
旭瓷材料是旭光电子的子公司，主要生产氮化铝陶瓷粉体材料、基板、结构件等，旗下宁夏北瓷生产氮化铝封装基板与结构件，开发的超高热导基板（热导率>230 W/m·K）已在激光热沉、TEC半导体迷你型制冷片领域批量供货。
6、浙江精瓷半导体有限责任公司
官网：https://www.zjjcbdt.com/sy
浙江精瓷半导体有限责任公司是一家集覆铜陶瓷基板产品研发、制造、销售于一体的多元化企业以及优秀的半导体产品与解决方案供应商，生产DPC/DBC/AMB陶瓷线路板，以及陶瓷制冷片。
7、金华市芯瓷科技
金华市芯瓷科技有限公司是国内专注于DPC陶瓷封装基板设计和制造的企业，具备完整生产工艺的封装陶瓷基板工厂，自主研发的3D成型DPC陶瓷基板填补了国内技术空白，成为第三代半导体功率器件封装及新一代晶圆级封装的理想选择。公司DPC陶瓷基板可用于TEC半导体制冷片，产品已向国外光模块客户供货并间接成为英伟达供应商。
金华芯瓷制冷片DPC陶瓷基板
展出2万平米、1,000个摊位、500多家展商、50,000名专业观众；汇聚IGBT/SiC功率半导体产业链；热管理材料产业链，精密陶瓷、电子陶瓷、陶瓷基板、薄膜/厚膜陶瓷电路板、陶瓷封装管壳、LTCC/HTCC/MLCC加工产业链等产业链上下游企业！
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