Już wkrótce świat przejdzie na materiały termoprzewodzące o wysokiej wydajności

IDTechEx prognozuje, że wartość rynku materiałów termoprzewodzących (TIM - Thermal Interface Materials) przekroczy 7 mld dolarów, obejmując wiele branż, w tym akumulatory do pojazdów elektrycznych, elektronikę mocy do pojazdów elektrycznych (TIM1 i TIM2), centra danych, zaawansowane obudowy półprzewodników (TIM1 i TIM1.5), czujniki ADAS, elektronikę użytkową oraz sieci 5G. IDTechEx szacuje, że w 2036 roku rynek TIM będzie 2,6 razy większy niż w roku 2026.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Materiały TIM mogą występować w różnych formach, w tym jako podkładki szczelinowe, pasty termoprzewodzące, kleje termoprzewodzące i materiały zmiennofazowe. Czynniki wpływające na wdrażanie technologii termoprzewodzących są zróżnicowane - od popytu na wysoką przewodność cieplną materiałów termoprzewodzących w branży półprzewodników i centrów danych, po niższy koszt jednostkowy takich materiałów stosowanych w akumulatorach pojazdów elektrycznych.

TIM-y są powszechnie stosowane w przemyśle elektronicznym. Często umieszcza się je pomiędzy źródłami ciepła a radiatorami w celu przyspieszenia wymiany ciepła w pionie i poziomie. Dlatego przy ocenie TIM-ów przewodnictwo cieplne odgrywa kluczową rolę. Oprócz przewodności cieplnej, w zależności od docelowych zastosowań bardzo istotne są właściwości mechaniczne, takie jak szybkość regeneracji pod wpływem drgań czy odporność na zmęczenie i odkształcenia.

Prognoza wielkości rynku Thermal Interface Materials (źródło: IDTechEx)

Moduły TIM do akumulatorów i elektroniki mocy pojazdów elektrycznych

Ze względu na rosnącą gęstość energii i zapotrzebowanie na moc akumulatorów i układów elektronicznych pojazdów elektrycznych, a także szybką adopcję pojazdów elektrycznych, przewiduje się, że zakres zastosowań układów TIM w branży pojazdów elektrycznych będzie się szybko poszerzał.

Trzy główne formy TIM w akumulatorach pojazdów elektrycznych to pady szczelinowe, wypełniacze szczelin oraz kleje termoprzewodzące (TCA - Thermally Conductive Adhesive). Nie ma uniwersalnego rozwiązania, a wybór zależy od konstrukcji akumulatora. Obecnie dominują wypełniacze szczelin pozwalające na wysoką wydajność automatyzacji. Jednak w akumulatorach pojazdów elektrycznych następuje przejście z konstrukcji modułowej na rozwiązania cell-to-pack, co znacząco wpłynie na wykorzystanie TIM.

Konstrukcje modułowe wymagają osobnych warstw TIM dla obudowy każdego ogniwa, natomiast technologia cell-to-pack integruje ogniwa w jeden duży moduł, eliminując konieczność stosowania oddzielnych obudów i zmniejszając objętość warstwy TIM w pojeździe. W systemach cell-to-pack warstwa TIM znajduje się bezpośrednio między ogniwami a płytą chłodzącą, co sprawia, że jej wydajność jest bardziej krytyczna. Musi ona efektywnie przenosić ciepło, odpowiadać współczynnikowi rozszerzalności cieplnej płyty chłodzącej, być odporna na degradację chłodziwa i zapewniać silną przyczepność, by utrzymać ogniwa i płyty chłodzące razem.

W elektronice mocy pojazdów elektrycznych megatrendem jest stosowanie tranzystorów MOSFET z węglika krzemu (SiC MOSFET) zamiast tradycyjnych tranzystorów IGBT z krzemu (Si IGBT). W przeciwieństwie do tranzystorów Si IGBT o maksymalnej temperaturze złącza około 150°C, temperatury złącza tranzystorów SiC MOSFET mogą sięgać 175°C, a nawet ponad 200°C, co stwarza problemy z odprowadzaniem ciepła.

W przypadku elektroniki mocy pojazdów elektrycznych, w zależności od miejsca zastosowania, materiały TIM można podzielić na TIM1 (materiały mocujące chip do podłoża - die-attach materials) i TIM2 (materiały stosowane między płaszczyzną bazową elektroniki mocy a radiatorami). Aby ułatwić odprowadzanie ciepła, wielu producentów elektroniki mocy EV bada nowatorskie materiały, takie jak pasty spiekane Ag, jako TIM1, które mają zastąpić tradycyjne luty, z możliwością rozszerzenia o pasty spiekane Cu w celu obniżenia kosztów.

Moduły TIM w centrach danych i zaawansowanych obudowach półprzewodnikowych

W ciągu ostatnich dwóch lat znacząco wzrosła pozycja centrów danych oraz zaawansowanych obudów półprzewodników. Wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej układów scalonych, np. GPU czy ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), wymagania dotyczące przewodności cieplnej TIM również znacząco rosną. W centrach danych zauważalnym trendem jest przejście na chłodzenie cieczą, w szczególności na chłodzenie bezpośrednio do układu (D2C - direct-to-chip), które jest obecnie rozwijane.

W architekturze D2C, moduły TIM stają się istotnym wąskim gardłem termicznym w miarę poprawy wydajności chłodzenia cieczą. Wyzwaniem jest znalezienie materiału o bardzo wysokiej przewodności cieplnej, a jednocześnie bardzo giętkiego i miękkiego, by mógł dopasować się do topologii różnych komponentów. Większość materiałów o wysokiej przewodności jest sztywna, przez co nie dopasowuje się do kształtu i może zwiększać naprężenia. Dlatego prowadzone są badania i prace rozwojowe mające na celu rozwiązanie tego problemu. Komponenty i chłodzenie centrów danych to w latach 2024 i 2025 dynamicznie rozwijające się sektory, które według prognoz będą w ciągu najbliższych kilku lat sukcesywnie kontynuować postępy, stwarzając znaczące możliwości dla dostawców modułów TIM.

Oprócz centrów danych, kolejnym szybko rozwijającym się obszarem jest pakowanie półprzewodników. Wraz z przejściem na pakowanie zaawansowanych półprzewodników 2,5D oraz 3D, wymagania termiczne wewnątrz obudów stają się bezprecedensowo wysokie, co prowadzi do wdrażania przez czołowych graczy innowacji w zakresie opakowań TIM1 i TIM1.5, takich jak folia indowa, ciekły metal, żel wypełniony srebrem czy arkusze grafenu.

TIM w 5G, ADAS i elektronice użytkowej

Wraz z pojawianiem się na drogach pojazdów autonomicznych i robotaksówek, rośnie zapotrzebowanie na energię elektryczną dla podzespołów samochodowych, takich jak lidary, kamery, radary i sterowniki (ECU - Electronic Control Unit), co wymaga materiałów TIM o wysokiej przewodności cieplnej. Podobne trendy występują również w sieciach 5G ze względu na zwiększone rozpraszanie ciepła niezbędne do zapewnienia przepustowości i łączności na potrzeby przyszłego wzrostu ruchu.

Branża elektroniki użytkowej notuje na nasyconym rynku stabilny wzrost. IDTechEx przewiduje, że wraz z rozwojem smartfonów dostosowanych do gier nowe materiały, w tym ciekły metal, mogą być wprowadzone do niektórych urządzeń konsumenckich.

Termoprzewodzące wypełnienia

Jednym z kluczowych czynników wpływających na przewodność cieplną materiałów termoprzewodzących są wypełniacze termiczne. Rodzaje, rozmiary i dyspersja materiałów wypełniaczy termicznych wpływają na ostateczną przewodność cieplną i właściwości mechaniczne. W raporcie IDTechEx pod kątem wydajności i ceny porównano tlenek glinu, azotek boru, wodorotlenek glinu, ZnO, MgO, nanorurki węglowe oraz wypełniacze grafenowe.

Przegląd różnych wypełniaczy TIM - więcej szczegółów w raporcie (źródło: IDTechEx)

Najnowszy raport IDTechEx pt. "Materiały termoprzewodzące 2026–2036: technologie, rynki i prognozy": https://www.idtechex.com/en/research-report/thermal-interface-materials/1116.

Źródło: IDTechEx

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Produkcja elektroniki
Globalna ekspansja półprzewodników mocy GaN - rynek osiągnie 3,5 mld dolarów do 2031 roku
Komponenty
Infineon przejmuje C2i Semiconductors. Cel: zasilanie centrów danych AI
Produkcja elektroniki
Rynek półprzewodników mocy dla EV osiągnie wartość 14,5 mld dolarów
Komponenty
Google rozszerza współpracę z Marvell przy układach AI. Umowa obejmuje opcję zakupu akcji za 12,2 mld dolarów
Projektowanie i badania
BGK i EIF przeznaczają 129 mln zł na polskie startupy deep tech. W grze AI, cybersecurity i defense tech
Projektowanie i badania
Kwantowy skok w inżynierii - Mouser Electronics przybliża przyszłość przetwarzania komputerowego
Zobacz więcej z tagiem: Produkcja elektroniki
Gospodarka
Globalna ekspansja półprzewodników mocy GaN - rynek osiągnie 3,5 mld dolarów do 2031 roku
Gospodarka
Rynek półprzewodników mocy dla EV osiągnie wartość 14,5 mld dolarów
Raporty
Urządzenia do produkcji elektroniki

Szafa wydawcza JotKEl

Nowoczesny przemysł stanowi szczególne wyzwanie dla gospodarki magazynowej. Duże znaczenie ma zwłaszcza pozyskanie informacji zwrotnej o aktualnym stanie zasobów, co umożliwia optymalizację dostaw. Dobrze zorganizowana gospodarka magazynowa zapewnia ciągłość produkcji, a to bezpośrednio wpływa na redukcję kosztów postojów. Wychodząc naprzeciw tym wymaganiom i bazując na prawie 50-letnim doświadczeniu, firma JotKEl stworzyła system automatycznych mebli wydawczych.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów