A próxima geração de materiais de interface térmica (TIMs) está a chegar ao mercado, oferecendo a oportunidade de um salto qualitativo na eficiência térmica, fiabilidade e crescimento. A investigação da IDTechEx no relatório "Gestão Térmica para Embalagens Avançadas de Semicondutores 2026-2036: Tecnologias, Mercados e Oportunidades" revela as oportunidades de negócio e as inovações técnicas dos TIM de próxima geração para embalagens avançadas de semicondutores.
TIM1 → TIM1.5 Evolução: uma mudança revolucionária
As inovações na arquitetura TIM estão a transformar a transferência de calor. A indústria de embalamento de semicondutores avançados está a migrar do sistema clássico de duas camadas (TIM1 + TIM2) para uma camada TIM1.5 unificada, concebida para reduzir o comprimento do percurso térmico e eliminar interfaces — essenciais para montagens de chips empilhados.
As ligas metálicas líquidas (TIMs de liga metálica de mudança de fase), sólidas à temperatura ambiente, mas fundidas durante o funcionamento, oferecem uma resistência interfacial ultrabaixa e uma elevada condutividade, sendo ideais para aplicações TIM1.5.
Os TIM à base de índio oferecem condutividades térmicas tão baixas como ~86 W/m·K, com pontos de fusão (~157 °C) ideais para adesão, formação mínima de lacunas e excelente conformabilidade mecânica.
Os pads alinhados com grafeno, desenvolvidos pela Hitachi Chemical, oferecem uma condutividade através do plano superior a 20 W/m·K sob pressões moderadas (~20 psi), uma melhoria significativa em relação às massas lubrificantes poliméricas.
Principais métricas de desempenho
Comparação de benchmarks TIM. Fonte: IDTechEx
Principais características:
As TIM sanduíche de metal líquido/índio oferecem uma resistência de contacto tão baixa como 0,036 cm²·K/W a 50 psi, superando as almofadas térmicas de alta qualidade e suportando ≥200 ciclos de temperatura com uma perda mínima de desempenho.
A folha de índio puro (com aproximadamente 0,05 mm de espessura) atinge cerca de 84 W/m·K, mantém-se flexível em gamas de temperatura criogénicas a altas temperaturas e continua a funcionar entre -273 °C e ~155 °C.
As TIM alinhadas com grafeno, utilizando cargas orientadas verticalmente, oferecem >20 W/m·K em toda a sua espessura, mas manter uma baixa resistência de contacto requer pressão suficiente (>20 psi) e conformidade do material.
Os compostos de grafeno podem aumentar a condutividade térmica das massas lubrificantes convencionais num factor de aproximadamente 17 vezes, mesmo com uma carga de enchimento modesta (5-10% em volume), com uma resistência interfacial (aproximadamente 3-4 mm²·K/W) a 330 K que rivaliza com a dos TIM comerciais.
Porque é que o TIM1.5 é um diferencial estratégico
O TIM1.5 não é apenas um material; é uma filosofia de desempenho:
reduz drasticamente a resistência térmica interfacial, eliminando as transições entre camadas.
Isto possibilita uma eficiência crítica entre o chip e o spreader em módulos multichip de alta densidade.
Oferece maior valor unitário; os primeiros utilizadores reportam um preço 3 a 5 vezes superior ao dos TIM convencionais, permitindo margens de lucro mais elevadas. (Estimativa da indústria)
Combinado com o aumento das cargas térmicas impulsionadas por memórias de alta largura de banda, aceleradores de IA e chips empilhados, o mercado TIM (TIM1 + TIM1.5) deverá atingir os 500 milhões de dólares até 2036, representando uma forte oportunidade de negócio. (IDTechEx)
Considerações de Engenharia e Facilitadores de Mercado
: Qualidade do Contacto: Os TIM com valores k elevados apresentam um desempenho inferior se o contacto na interface for deficiente; pressão, acabamento superficial e ausência de folgas são fatores críticos. A otimização da área de contacto e da conformidade mecânica reduz drasticamente o Rₙ.
Fiabilidade: Os TIM avançados, como os sanduíches de metal líquido, suportam centenas de ciclos térmicos e horas de funcionamento com um desempenho sustentado.
Conformidade regulamentar: As regulamentações RoHS e a certificação de materiais (por exemplo, a certificação UL 94) podem limitar a adoção de determinados TIM à base de metais, como as ligas de índio-gálio, que estão sujeitas a escrutínio regulamentar em regiões específicas.
Conclusão: A fronteira TIM
As pastas de interface de semicondutores avançadas, especialmente a TIM1.5, não são melhorias incrementais, mas sim elementos fundamentais que possibilitam a embalagem de semicondutores 3D e chips de ultra-alto desempenho. No entanto, apesar da utilização generalizada da TIM1.5 em embalagens de semicondutores avançadas, como a B200 da Nvidia, a IDTechEx constatou que ainda existem desafios técnicos e que a indústria continua em transição de projetos com TIM1+TIM2 encapsulado para projetos com TIM1.5 sem encapsulamento.
Mais informações podem ser encontradas no relatório da IDTechEx, "Gestão Térmica para Embalagens Avançadas de Semicondutores 2026-2036: Tecnologias, Mercados e Oportunidades".
