本頁以東吳證券〈光模組散熱專題〉（2026-10-22）為主軸，整理「光模組本體」的散熱材料與路徑；交換器／CPO 端的液冷與雷射溫控總覽見 分析_光通訊散熱。東吳為中國券商，所列公司多為 A 股，本頁僅在「關鍵廠商」列名，不建公司頁。
定義
光模組散熱是指把光收發模組內部的熱源（DSP、雷射、調製器、Driver／TIA 等）所產生的熱，逐級傳到交換器外部的整套熱管理，包含材料（陶瓷基板、TEC、TIM、均熱板、殼體）與結構（Cage、散熱片、冷板）。其核心矛盾是：速率往 800G、1.6T、3.2T 走，功耗持續上升，但模組本體橫截面幾乎不變（800G 與 1.6T 仍沿用 OSFP 封裝），單位空間熱負荷因此持續攀升（東吳，2026-10-22）。
圖解
光模組內部剖面（真實比例，長 107.8 mm、總高 13 mm）：金手指、MCU/PMIC、DSP＋凝膠＋銅凸台、Driver/TIA＋凝膠＋凸台、CW 雷射、矽光 PIC、FAU 光纖陣列、頂蓋＋散熱鰭片；放大圖示 DSP die 上方為凝膠薄層（真實厚度 0.2–0.4 mm）與銅凸台。來源：傲川科技，東吳整理（2026-10-22）。
可插拔光模組功耗占比：DSP 49%、Optics+electronics 27%、Laser 12%、Power overhead 12%；DSP 內 SerDes 40%、ADC/DAC 36%、DSP core 24%。來源：ECOC 2026，東吳整理。
技術原理
為什麼要管光模組的熱
- 光晶片對溫度高度敏感：典型 DFB 雷射溫度每升 1°C，發射波長約漂移 0.1nm（ADI 資料，東吳引用）；EML 光輸出特性隨溫度明顯改變（Fraunhofer HHI 實驗，東吳引用）；高密度雷射陣列另有相鄰通道熱串擾。熱管理因此直接影響傳輸穩定性與壽命。
EML 光輸出功率（dBm）對 EAM 電壓（V）曲線，20／50／70／85°C 四條，溫度越高曲線越右移、低電壓端輸出功率越低。來源：Fraunhofer HHI，東吳整理。
- 主要熱源：DSP 最大宗（高速訊號均衡、時脈恢復與整形；單通道速率提高使處理負擔更重），其次是雷射、調製器等光電器件（東吳）。部分新架構可取消模組側獨立 DSP，但訊號補償仍須由交換器 ASIC 等承擔，且傳輸距離受限，故傳統 DSP 可插拔仍有主要空間。
來源間口徑差異
DSP 占模組功耗比重，ECOC 2026 圖為 49%（見上圖）；傲川科技表列 DSP 約占整模組 70% 功耗（東吳圖 8 表格，DSP die 到銅凸台一列）。同一份報告兩個數字並列，口徑（模組類型、是否含周邊）未說明，引用時需分開。
三級散熱路徑（東吳）
熱由局部熱源逐級傳向環境：
| 層級 | 位置與作用 | 主要材料與器件 |
|---|---|---|
| 第一級：光晶片封裝 | EML 等有源光晶片為主熱源；陶瓷載板導熱、TEC 精準控溫，上方封裝縫隙填 TIM1 | TIM1、陶瓷基板、TEC |
| 第二級：光模組內部 | DSP、Driver、TIA、光器件的熱經 TIM2（凝膠／墊片）導到金屬殼體；高功率方案加 VC 均熱板把熱點擴散到更大面積 | TIM2、VC 均熱板、金屬殼體 |
| 第三級：交換器接口 | 模組插入 Cage，殼體與外部散熱器形成導熱介面，最終由風冷鰭片或液冷冷板帶走 | TIM、Cage、風冷散熱片、液冷冷板 |
800G 光模組實物照與發射端（Fiber Array、Isolator、Lens、TEC、玻璃基板）、EML 封裝（EML、Capacitor、AlN Substrate、Resistor）、接收端（Reflector Mirror、Detector array）示意。來源：Photonics，東吳整理。
第一級：陶瓷基板與 TEC
- 陶瓷基板：兼具晶片承載、電連接與熱傳導。用量取決於光引擎內器件數與整合方式，TEC 為上下兩片陶瓷板的三明治結構，TEC 變多也帶動陶瓷基板。價值量提升來自材料升級（氧化鋁導熱約 20–30 W/(m·K)，氮化鋁可達 150–240 W/(m·K)，京瓷資料）與高純度原料、精密燒結等製程要求（東吳）。
- TEC：依帕爾貼效應，上下兩片陶瓷板夾交錯排列的 P/N 型碲化鉍晶粒，通電把熱從冷端搬到熱端以穩定雷射溫度。控溫精度、厚度減薄與壽命的要求提高會抬高製程難度與價值量。詳見 技術_TEC。
- TIM1：直接接觸晶片、鄰近精密光學器件，除高導熱外還需低揮發、低析油、介面穩定與長期可靠，避免污染光學器件；選型與光晶片封裝設計深度綁定、需共同開發與嚴格驗證，認證壁壘高（東吳）。
TEC 結構：上下兩片 Ceramic substrates，中間 Thermoelectric elements 與 Copper links；Cold Side 吸熱、Hot Side 排熱。來源：LaserFocusWorld，東吳整理。
第二級：TIM2 凝膠、VC 與殼體
- 導熱凝膠：目前模組內主流為可點膠的凝膠，以有機矽等高分子基材加導熱填料組成，填料是提升導熱與價值量的核心。400G 以下、800G 約用 6–10 W/(m·K) 等級；800G 與 1.6T 高功率方案已開始用 12–14.5 W/(m·K)，高導熱方案以氮化鋁填料；氮化硼、液態金屬等填料仍在推進產業化。陶氏、漢高已推出 12、14.5 W/(m·K) 的凝膠，適用 800G／1.6T（東吳）。石墨烯導熱墊片同屬 TIM，有望在 DSP 等局部高熱通量補位。
- 凝膠用點（傲川科技，東吳圖 8）：DSP die 到銅凸台（主熱源）、雷射 TOSA 到凸台／基板（功耗約 0.55 W/顆但溫度敏感：溫漂造成波長漂移與通道串擾）、Driver/TIA 到凸台／屏蔽罩（次級熱源）、矽光引擎 PIC 到凸台（調製器溫漂影響工作點，微環 1°C 約 0.1nm）。
TIM 導熱係數需求（W/mK）隨速率：100G/200G 3–6（價值 0.5–1 USD）、400G 6–10（2–4 USD）、800G 8–12 甚至更高（5–10 USD）、1.6T 14–20+（8–15 USD，高端 20）。來源：傲川科技，東吳整理。
圖文數字略有出入
東吳內文寫 800G 以下用 6–10 W/(m·K)、800G／1.6T 高功率已用 12–14.5；傲川科技圖示 800G 需求為 8–12 以上、1.6T 為 14–20+。兩者皆為導熱係數需求區間，採用「圖為供應商端預期、內文為已導入產品」的讀法，TIM 單價（美元）僅此一源。
- VC 均熱板：銅質密封腔體，內封去離子水與毛細吸液芯，靠蒸發、擴散、冷凝回流傳熱；與 TIM 分工為 TIM 降界面熱阻、VC 做二次均熱。隨功耗密度上升，VC 在高功率模組滲透率逐步提高（東吳）。原理見 技術_均熱片。
- 金屬殼體：兼具機械支撐、電磁屏蔽與被動導熱。傳統為鋅合金、鋁合金，向高導熱銅合金升級（需兼顧頻繁插拔的硬度與耐磨），已有銅合金殼體批量供貨；更長期看銅金剛石等超高導熱複合材料有潛力（東吳）。
第三級：Cage 由風冷向液冷
- Cage 是安裝於交換器 PCB 上的金屬籠框，負責插拔定位、機械固定與散熱器安裝；模組殼體與外部散熱器形成導熱介面，部分方案以 TIM 填介面縫隙。
- 風冷方案為 Cage 頂部鰭片散熱器配風扇；液冷方案把冷板與 Cage 整合，由結構件升級為一體化液冷散熱模組，價值增量主要在冷板與導熱結構。據鼎通科技，液冷 Cage 在精密沖壓外增加 CNC、釺焊、液冷板組裝與氣密檢測，對密封可靠性、熱接觸精度與良率要求更高。東吳判斷，高功率模組液冷滲透率提升，Cage 供應商可藉產品整合度與製造壁壘提高單埠配套價值量。NVIDIA 新一代交換器已同時提供風冷與液冷配置（東吳）。
光模組、Cage 與主動散熱器剖面：a) Cage 外型（Heatsink Opening、Connector Opening、Finger Gaskets、約 0.25 mm 壁厚）；b) 剖面（Heatsink、Latching mechanism、Carrier PCB）；c) Transceiver TIM、Device TIM、Internal PCB。來源：Mentor Graphics，東吳整理。
液冷 Cage＋冷板產品照：雙層多埠 Cage 頂部接冷板與兩條水管，裝於綠色 PCB（來源：Amphenol，東吳整理）；風冷版對照為同報告圖 11 的多埠 Cage 加鰭片散熱器。
關鍵參數 / 判斷指標
| 指標 | 意義 | 觀察重點 |
|---|---|---|
| 模組功耗（資料中心型） | 400G（2022）10–12W、800G（2024）15–18W、1.6T（2026）20–24W、3.2T（2028）35–40W；ZR-DCI 與 ZR++ 更高（1.6T 分別 30–36W、40W+，Fibermall，東吳圖 1） | 3.2T 時氣冷是否足夠、何時轉液冷 |
| TIM 導熱係數 | 400G 6–10 → 800G 8–14.5 → 1.6T 14–20+ W/(m·K) | 氮化鋁、氮化硼、液態金屬填料產業化進度 |
| 陶瓷基板導熱 | 氧化鋁 20–30、氮化鋁 150–240 W/(m·K)（京瓷） | 氮化鋁滲透率 |
| 凝膠厚度（BLT） | 真實厚度 0.2–0.4 mm（傲川圖示） | 越薄熱阻越低，但受公差與可靠度限制 |
| 800G 最大功耗 | EML 方案 16W、矽光方案 14W（同規格 DR8、QSFP-DD800，CIG） | 矽光省功耗的幅度有限 |
光互連路線對散熱的影響（東吳）
EML 路線 vs 矽光路線對比：EML 路線為多顆 EML 器件陣列（100G/200G 每通道）加 Driver／DSP／TIA，熱點分散；矽光路線為外部 CW 雷射加矽光 PIC 加 Driver／DSP，熱源較集中；下方為模組剖面熱量方向。來源：仲德精密，東吳整理。
- 矽光：800G／1.6T 光晶片方案由 EML 逐步轉向矽光。Lumentum CEO（2026-08-27）稱 800G 中 EML 約占 70–80%，預期 1.6T 成熟後降至 40–50%。矽光以 CW 雷射供光、PIC 集成多路調製，部分熱源較集中，推動 TEC 與陶瓷基板往高性能、高價值方向升級（東吳）。但整體功耗差異有限（見上表 16W vs 14W），可插拔仍占大宗，速率升級帶動全鏈散熱需求。詳見 技術_矽光子。
- NPO／CPO：NPO 把光引擎移到 ASIC 附近，縮短高速電連接、部分方案可省 DSP，但局部熱源更密集；技術路線未統一：內置光源（雷射與 PIC 集成，距 ASIC 近、熱串擾突出，要求局部散熱與精準控溫）、外置光源（雷射遠離 ASIC 熱區，利於降熱串擾，但耦合損耗可能抬高雷射輸出功率而增加散熱材料需求）、VCSEL 陣列（需關注陣列溫度均勻與熱點）。東吳判斷 NPO 重要增量在 Scale-up 網路，Scale-out 仍以可插拔為主，未來新舊散熱需求並行，Scale-up 光互連可能帶來板級 TIM、高導熱封裝材料與液冷冷板的新增機會。詳見 技術_NPO、技術_CPO。
技術瓶頸 / 風險
- 需求不及預期：AI 算力資本支出放緩、800G／1.6T／3.2T 升級延後（東吳）。
- 技術迭代：矽光、NPO／CPO 路線仍演進，實際散熱方案若與預期不同，高階材料的導入與價值量提升受影響（東吳）。
- 客戶導入：高階散熱材料有高認證壁壘，國產廠商驗證、批量供貨進度可能落後（東吳）。
- 海外廠在配方、可靠性與頭部客戶認證有先發優勢；國產替代為東吳論點，屬中國市場視角（信心：中）。
關鍵廠商
| 環節 | 廠商 | 角色 |
|---|---|---|
| TEC／陶瓷基板 | 富樂德、富信科技、國瓷材料、三環集團（東吳列名，A 股） | 中國供應鏈；日系 Ferrotec 為全球 TEC 主導（見 技術_TEC） |
| TIM 材料與 VC 均熱板 | 中石科技、蘇州天脈、飛榮達、德邦科技、鴻富誠（東吳列名） | 中石科技 2026-08-13 簽約由中際旭創以 17.47 億人民幣、55.70 元／股受讓 3,137.25 萬股（占總股本 10.47%），9 月 29 日過戶；中石稱將針對下一代高速光模組與 CPO／NPO 導入高性能 TIM、一體式 VC、液冷（東吳） |
| Cage | 奕東電子、鼎通科技（東吳列名） | 液冷 Cage 增加 CNC、釺焊、氣密檢測 |
| 海外 TIM | 陶氏、漢高 | 已推 12／14.5 W/(m·K) 凝膠（東吳） |
台灣公司在光模組散熱各環節的實際進展，見 分析_光通訊散熱；本頁來源（東吳）未涉及台廠。
應用場景
- 800G／1.6T／3.2T 資料中心可插拔光模組（EML 與矽光）
- 交換器 Cage 與光引擎（NPO／CPO 外置光源）
- 長距 ZR／ZR++ 相干模組（功耗更高）
相關技術
來源
- 報告_東吳_光模組散熱專題_20261022 — 東吳證券，2026-10-22；電子行業深度，增持（維持）；三級散熱體系、TIM／VC／Cage 升級與矽光、NPO 對散熱的影響；分析師陳海進（簡體原文，本頁已轉繁體）