年产150万枚微型半导体制冷芯片项目可行性研究报告

项目建设背景

随着5G的大规模普及，通信网络对于光器件的要求也越来越高，体积小，集成度高、速率高、功耗低。光电芯片在工作时，60%以上的能量是以热的方式作为能量损耗，如果大量的热不断积累，无法及时排除，会使器件性能严重恶化。速率越来越高，体积越来越小，这是光器件发展的必然趋势。工作温度升高会大大降低光器件工作的稳定性、使用寿命，导致光信号发生红移，波长变长，光/电转换功率大幅降低，光输出功率降低，甚至损毁无信号输出。这对有限空间的高密度集成电路的高效散热提出了极高的挑战，是确保高质量5G通信的核心技术之一。

目前，商用5G通信光模块的制冷控温方法是使用基于半导体材料的主动式制冷芯片技术。光模块组件工作温度范围为-40℃-80℃，工作温度波动范围小于±0.1℃，制冷控温芯片的最大制冷温差在75度以上。然而，国内制造的5G通讯光模块（旭创、光迅、华为海思、新易盛等）中的制冷芯片全部依赖于进口，如日本大和、日本小松、美国Marlow、俄罗斯RMT等。我国制冷芯片技术与国外发达国家相比存在很大差距，产业远落后于学术研究，国内尚无厂家能生产光通信器件用微型制冷芯片。

在中科院重大装备研制、国家重点研发计划、科技部科技前沿创新专项等项目的支持下，中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心热电材料与器件课题组长期从事高性能热电材料和微型热电制冷芯片的研发工作，经过多年的努力已掌握具有自主知识产权的热电材料设计制备和制冷芯片加工集成等关键技术，已提供稳定JG产品和上市公司样件，有望实现产业化突破，打破国外技术封锁和垄断。

项目建设的必要性

项目的建设有利于加快光电芯片产业创新升级

近年来，全球光电芯片高科技产业创新活跃、竞争激烈。我国光电芯片产业竞争力不强，高端光电芯片主要依赖进口的局面仍未改变，许多跨国公司通过并购本土优势企业抢占市场。加快推进我国光电芯片科技产业发展，促进光电芯片产业转型升级，是应对主要发达国家全球竞争战略的重大需求。

我国光电芯片产品品质想要提高，就意味着要加速技术的改造，走创新的道路，项目研发生产的微型半导体制冷芯片，有助于产业技术提升、促进对外贸易。

大力培育和发展高端装备制造业，是提升我国产业核心竞争力的必然要求。是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择，对于加快转变经济发展方式、实现由制造业大国向强国转变具有重要战略意义。大力培育和发展高端装备制造业，是实现中国制造向中国品牌转变的重要途径。

项目的建设有利于推动我国智能制造装备制造业增效升级

智能制造相对传统制造业而言，企业总效益提高。优势在于提高产品品质、增加产出量，以及降低生产成本。虽然我国制造业体量大，但是在高端制造业领域仍非常薄弱。目前国内工业大部分工业处于2.0 到3.0 过渡的状态，少部分开始迈入4.0。国外工业4.0 发展起步早，中国则还处于制造业中低端，主要以生产零部件中间件，以及劳动驱动的制造业为主。

随着我国光电芯片研发生产技术水平的不断提高，国内的从业者已不能满足于低端制造、以产量取胜的盈利模式，为了寻求更好的发展，势必要从低端的生产环节向高端的科技创新环节发展，形成更为完整的产业链，进而提升我国光电芯片产业的国际地位。

在互联网发展的浪潮中，光电芯片及产品都是技术进步的重要应用载体，在新一轮科技变革和产业革命的历史交汇点，围绕通信产业创新发展的需求，生物、医学、电子、物理、机械、网络等多学科力量向光电芯片领域汇聚。

促进沈阳市地方经济发展

项目建成后，将成为一个产品一流、规模领先、效益优良的微型半导体制冷芯片生产研发基地。随着厂区规模化运营以及效益的不断增长，项目在GDP、税收、解决社会就业等方面的贡献也将不断加大，可提供直接就业岗位50个，通过产业辐射影响间接带动数百个就业岗位。同时，本项目可带动光通信、5G等多个产业共同发展，其辐射效应、集群效应及规模效应，对地方经济整体的繁荣与增长都将起到广泛和深远的推动作用。

市场分析

光通信产业发展概况

光通信产业链

光通信产业链主要包括光线缆、光器件和光设备。光线缆包括光纤光缆和有源线缆，光器件包括光芯片、有源器件、无源器件和光模块，光设备包括传输设备和数通设备。

图表3-1 光通信产业产品结构

光器件产业市场

光器件位于光通信行业的上游，通过核心光电元件实现光信号的发射、接收、信号处理等功能，是光通信系统的核心。从产业发展周期看，光器件依然处于行业早期。

按光通信上下游划分，光器件可分为光电芯片、光器件和光模块。光电芯片是光器件的核心元件，根据材料不同可分为InP、GaAs、Si/SiO2、SiP、LiNbO3、MEMS 等芯片，根据功能不同可分为激光器芯片、探测器芯片、调制器芯片。光器件根据是否需要电源划分为有源器件和无源器件。有源器件主要用于光电信号转换，包括激光器、调制器、探测器和集成器件等。无源器件用于满足光传输环节的其他功能，包括光连接器、光隔离器、光分路器、光滤波器、光开关等。光模块是多种光器件封装组合的一体化模块，包括光收发模块、光放大器模块、动态可调模块、性能监控模块等。光器件性能向着速率高、频谱宽、损耗小、功耗低、灵敏度高、时延短、非线性弱、集成度高、尺寸小、价格便宜的方向不断发展。

根据 LightCounting 的预测，2019-2023 年全球光器件市场规模从 70 亿美元增长到 120 亿美元。5G 将带来光模块市场强劲增长，中国移动研究院以建设 200 万基站为例推算，预计将带来 4800 万支光模块需求。25G/50G/100G 高速光模块将逐步在前传、中传和回传引入，100G/200G/400G 高速光模块将在传输汇聚和核心层引入。预计 5G 光模块需求是 4G光模块需求的 2 倍以上，我国 5G 光模块市场规模将达到 200 亿元。

图表3-2 全球光器件市场规模（十亿美元）

根据网络电信的研究，美国日本企业依然占据全球光器件市场领先地位，掌握核心光芯片、电芯片、光器件的全球主要份额，美国企业市占率约 26%，中国企业市占率约 17%，日本企业市占率约 12%。我国企业进步明显，依靠光模块市场份额的提升，和行业头部企业的差距逐步缩小。全球光器件市场领导者主要包括 II-VI、Broadcom、Lumentum、苏州旭创、光迅科技、住友电工等。国内光模块市场的主要供应商包括苏州旭创、光迅科技、海信宽带、昂纳科技、华工科技、新易盛等。

光电芯片是光器件的核心部件，主要包括光芯片（化合物半导体激光器芯片、光电探测器芯片）和电芯片。在高端模块中，光芯片成本占比通常在 40%-60%，电芯片成本占比通常在10%-30%，两者合计占高端光模块成本的80%。

项目实施进度计划

本项目各地块按前期决策、规划设计、工程招标、工程施工、竣工验收等阶段分别实施，根据项目实施各阶段的工作量和所需时间，自编制可行性研究报告起至竣工并投入使用，在各项工作进展顺利的前提下，整体考虑实施，需6个月。项目具体实施进度见下表：

图表11-2 项目建设周期

收入测算

预估说明

1、分析过程按照：

项目设计产能为年产150万枚微型半导体制冷芯片。项目生产负荷预计为运营期第一年60%，第二年80%，第三年80%，第四年开始100%满负荷达产。产品当前市场售价约53.33元/枚，销售价格每三年增长5%。

2、主要税项：增值税13%（销项-进项），附加税为增值税的10%（教育附加税：增值税的5%，城建维护税：增值税的5%），企业所得税：25%。

项目营业规模估算

根据13.3.1预估值分析，则项目正式运营后，十年期年均销售收入为80,121.00万元（详见附件：项目十年期营业收入一览表）。

销售税金及附加

项目十年期平均纳增值税及附加共计349.23万元。（详见附件：项目十年期营业收入一览表，不含企业所得税）