Secondo le stime di IDTechEx, le dimensioni del mercato dei materiali di interfaccia termica (TIM) nel 2036 saranno 2,6 volte superiori a quelle del 2026. I TIM possono assumere diverse forme, come cuscinetti di separazione, paste termiche, adesivi termoconduttivi e materiali a cambiamento di fase.

I fattori che guidano l'adozione dei materiali di interfaccia termica (TIM) in questi settori sono molto vari, dalla richiesta di elevata conduttività termica per i TIM nei settori dei semiconduttori e dei data center al minor costo unitario dei TIM utilizzati nelle batterie dei veicoli elettrici.

Previsioni sulle dimensioni del mercato TIM. Fonte: IDTechEx

I materiali di interfaccia termica (TIM) sono comunemente utilizzati nell'industria elettronica, dove vengono spesso impiegati tra sorgenti e dissipatori di calore per accelerare il trasferimento termico sia in direzione verticale che orizzontale. Pertanto, la conduttività termica riveste un ruolo cruciale nella valutazione dei TIM. Oltre
alla conduttività termica, è fondamentale valutare attentamente anche le proprietà meccaniche, come la velocità di recupero dalle vibrazioni, la resistenza alla fatica e la resistenza alla deformazione, in base alle applicazioni previste. Questo articolo fornisce una panoramica del report di mercato IDTechEx "Thermal Interface Materials 2026-2036: Technologies, Markets, and Forecasts", la versione più completa del report fino ad oggi, che copre TIM1, TIM1.5 e TIM2 in sette aree, insieme a una valutazione dei materiali di riempimento per TIM.

Materiali di interfaccia termica (TIM) per batterie e componenti elettronici di potenza dei veicoli elettrici:
Spinti dalla crescente densità energetica e dai requisiti di potenza delle batterie e dei componenti elettronici di potenza dei veicoli elettrici, unitamente alla rapida diffusione di questi ultimi, si prevede un rapido aumento dell'utilizzo dei TIM nel settore.
Le tre principali tipologie di TIM nelle batterie per veicoli elettrici sono i pad di separazione, i riempitivi per intercapedini e gli adesivi termoconduttivi (TCA). Non esiste una soluzione universale; la scelta dipende dalla progettazione della batteria. Attualmente, i riempitivi per intercapedini sono predominanti grazie alla loro elevata efficienza di automazione. Tuttavia, la progettazione delle batterie per veicoli elettrici si sta spostando da un modello modulare a un modello "cella-pacco", il che avrà un impatto significativo sull'utilizzo dei TIM.

I progetti modulari richiedono strati di interfaccia termica (TIM) separati per l'alloggiamento di ciascuna cella, mentre i progetti "cella-pacchetto" integrano le celle in un unico grande modulo, eliminando gli alloggiamenti individuali e riducendo il volume di TIM per veicolo. Nei sistemi "cella-pacchetto", il TIM si trova direttamente tra le celle e la piastra di raffreddamento, rendendo le sue prestazioni più critiche. Deve trasferire il calore in modo efficiente, corrispondere al coefficiente di dilatazione termica (CTE) della piastra di raffreddamento, resistere alla degradazione del liquido di raffreddamento e fornire una forte adesione per unire le celle e la piastra di raffreddamento.
Nell'elettronica di potenza dei veicoli elettrici, il megatrend è quello di utilizzare MOSFET in SiC al posto dei tradizionali IGBT in Si. A differenza degli IGBT in Si, con una temperatura di giunzione massima di circa 150 °C, le temperature di giunzione dei MOSFET in SiC possono raggiungere i 175 °C o addirittura superare i 200 °C, ponendo problemi di dissipazione del calore.

Nell'ambito dell'elettronica di potenza per veicoli elettrici, a seconda dell'applicazione, i materiali di interfaccia termica (TIM) possono essere suddivisi in TIM1 (materiali per il collegamento dei chip) e TIM2 (materiali utilizzati tra la scheda madre dell'elettronica di potenza e i dissipatori di calore). Per facilitare la dissipazione del calore, molti produttori di elettronica di potenza per veicoli elettrici stanno esplorando nuovi materiali, come le paste d'argento sinterizzato come TIM1, per sostituire la saldatura tradizionale, con una potenziale estensione alle paste di rame sinterizzato per ridurre i costi. Ulteriori informazioni sono disponibili nel documento "Thermal Interface Materials 2026-2036: Technologies, Markets, and Forecasts".

(TIM) nei data center e nel packaging avanzato dei semiconduttori:
i data center e il packaging avanzato dei semiconduttori hanno acquisito notevole importanza negli ultimi due anni. Con l'aumento della potenza di progettazione termica dei chip avanzati (ad esempio, GPU, ASIC, ecc.), aumentano anche i requisiti di conduttività termica dei TIM. All'interno dei data center, una tendenza degna di nota è la transizione al raffreddamento a liquido, in particolare al raffreddamento diretto al chip (D2C), che è già in corso.

Nell'architettura D2C, il materiale di interfaccia termica (TIM) diventa un collo di bottiglia termico significativo con il miglioramento delle prestazioni del raffreddamento a liquido. La sfida consiste nel trovare un materiale che possieda una conduttività termica molto elevata, pur essendo sufficientemente flessibile e morbido da adattarsi alla topologia dei diversi componenti. La maggior parte dei materiali ad alta conduttività è rigida, quindi non si adatta e può potenzialmente aumentare le sollecitazioni. Pertanto, sono in corso attività di ricerca e sviluppo per affrontare questo problema. I componenti e il raffreddamento dei data center sono settori in rapida espansione nel 2024 e nel 2025 e si prevede che continueranno a crescere nei prossimi anni, creando significative opportunità per i fornitori di TIM.

Oltre ai data center, il packaging dei semiconduttori è un altro settore in rapida crescita. Con il passaggio al packaging 2.5D e 3D per i semiconduttori avanzati, le sfide termiche all'interno del package stanno diventando senza precedenti, portando a innovazioni nei materiali di interfaccia termica (TIM) TIM1 e TIM1.5s.

Il rapporto di mercato di IDTechEx "Materiali per l'interfaccia termica 2026-2036: tecnologie, mercati e previsioni" offre un'analisi completa di vari materiali TIM1 e TIM1.5, come la lamina di indio, il metallo liquido, il gel d'argento e la lamina di grafene, e ne valuta le caratteristiche, le sfide e l'utilizzo nell'industria del packaging dei semiconduttori da parte dei principali operatori.

ICT nel 5G, ADAS ed elettronica di consumo:
il report di IDTechEx include anche una valutazione completa delle ICT nel 5G, nei sensori ADAS e nell'elettronica di consumo, identificando le tendenze chiave. Con la crescente diffusione della guida autonoma e dei robotaxi su strada, aumenta anche il fabbisogno energetico dei componenti automobilistici, come LiDAR, telecamere, radar ed ECU, richiedendo ICT con elevata conduttività termica.

Tendenze simili si osservano nel 5G, a causa della maggiore dissipazione di calore necessaria per supportare la capacità e la connettività derivanti dalla futura crescita del traffico.
Il settore dell'elettronica di consumo continua a registrare una crescita costante in un mercato saturo. Con lo sviluppo degli smartphone da gioco, IDTechEx prevede l'introduzione di nuovi materiali, come il metallo liquido, in alcuni prodotti di elettronica di consumo.

Analisi completa di vari filler TIM; maggiori dettagli nel report. Fonte: IDTechE

Riempitivi termici:
Uno degli elementi chiave per la conduttività termica dei materiali isolanti termici (TIM) è rappresentato dai riempitivi termici. Il tipo di materiale, le dimensioni e la dispersione dei riempitivi termici influenzano la conduttività termica finale e le prestazioni meccaniche.

Autore: Yulin Wang