Entra en escena la próxima generación de materiales de interfaz térmica (TIM) y la oportunidad de dar un salto cuántico en eficiencia térmica, fiabilidad y crecimiento del mercado. La investigación de IDTechEx en el informe «Gestión térmica para el encapsulado avanzado de semiconductores 2026-2036: tecnologías, mercados y oportunidades» revela las oportunidades comerciales y las innovaciones técnicas de los TIM de próxima generación para el encapsulado avanzado de semiconductores.
TIM1 → TIM1.5 Evolución: un cambio revolucionario
Las innovaciones en la arquitectura TIM están transformando la transferencia de calor. La industria del encapsulado de semiconductores avanzados está pasando del clásico sistema de dos capas (TIM1 + TIM2) a una capa TIM1.5 unificada, diseñada para reducir la longitud de la ruta térmica y eliminar las interfaces, algo fundamental para los ensamblajes de chips apilados.
Las aleaciones metálicas líquidas (TIM de aleación metálica de cambio de fase), sólidas a temperatura ambiente pero fundidas durante el funcionamiento, ofrecen una resistencia interfacial ultrabaja y una alta conductividad, adaptables al uso de TIM1.5.
Los TIM basados en indio ofrecen conductividades térmicas de hasta ~86 W/m·K, con puntos de fusión (~157 °C) ideales para la unión, una formación mínima de huecos y una excelente conformidad mecánica.
Las almohadillas alineadas con grafeno desarrolladas por Hitachi Chemical ofrecen una conductividad a través del plano superior a 20 W/m·K bajo presiones moderadas (~20 psi), lo que supone un avance significativo con respecto a las grasas poliméricas.
Métricas de rendimiento importantes
Comparación de referencia de TIM. Fuente: IDTechEx
Aspectos destacados:
Los TIM tipo sándwich de metal líquido/indio ofrecen una resistencia de contacto de tan solo 0,036 cm²·K/W a 50 psi, superando a las almohadillas térmicas de alta gama y soportando ≥200 ciclos de temperatura con una pérdida de rendimiento mínima.
La lámina de indio puro (con un grosor de ~0,05 mm) alcanza unos 84 W/m·K, se mantiene flexible desde rangos criogénicos hasta rangos de alta temperatura y sigue funcionando entre -273 °C y ~155 °C.
Los TIM alineados con grafeno que utilizan rellenos orientados verticalmente ofrecen >20 W/m·K en todo el espesor, pero para mantener una baja resistencia de contacto se requiere una presión suficiente (>20 psi) y la conformidad del material.
Los compuestos de grafeno pueden aumentar la conductividad térmica de las grasas convencionales en un factor de ~17×, incluso con una carga de relleno modesta (5-10 % en volumen), con una resistencia de interfaz (~3-4 mm²·K/W) a 330 K que rivaliza con los TIM comerciales.
Por qué TIM1.5 es un diferenciador estratégico
TIM1.5 no es solo un material, es una filosofía de rendimiento:
Reduce drásticamente la resistencia térmica interfacial al eliminar las transiciones entre capas.
Permite una eficiencia entre el chip y el difusor fundamental en módulos multichip de alta densidad.
Ofrece un mayor valor unitario; los primeros en adoptarlo informan de un precio entre 3 y 5 veces superior al de los TIM convencionales, lo que permite aumentar los márgenes. (Estimación del sector)
En combinación con las crecientes cargas térmicas, impulsadas por la memoria de alto ancho de banda, los aceleradores de IA y los chips apilados, se prevé que el mercado de los TIM (TIM1 + TIM1.5) alcance los 500 millones de dólares estadounidenses en 2036, lo que supone una sólida oportunidad comercial. (IDTechEx)
Consideraciones de ingeniería y facilitadores del mercado
Calidad del contacto: los TIM con alto valor k tienen un rendimiento inferior si el contacto de la interfaz es deficiente; la presión, el acabado de la superficie y la ausencia de huecos son fundamentales. La optimización del área de contacto y la conformidad mecánica reducen drásticamente el Rₙ.
Fiabilidad: los TIM avanzados, como los sándwiches LM, soportan cientos de ciclos térmicos y horas de funcionamiento con un rendimiento sostenido.
Cumplimiento normativo: La normativa RoHS y la certificación de materiales (por ejemplo, la clasificación UL 94) pueden limitar la adopción de determinados TIM basados en metales, como las aleaciones de indio y Ga, que se enfrentan a un escrutinio normativo en regiones específicas.
Conclusión: La frontera de los TIM
Los TIM avanzados, especialmente el TIM1.5, no son mejoras incrementales, sino facilitadores fundamentales del empaquetado de semiconductores 3D y los chips de rendimiento ultraalto. Sin embargo, a pesar de que el TIM1.5 se utiliza ampliamente en el empaquetado avanzado de semiconductores, como el B200 de Nvidia, IDTechEx ha descubierto que todavía existen retos técnicos y que la industria sigue en transición del TIM1+TIM2 con diseño con tapa al TIM1.5 con diseño sin tapa.
Se puede encontrar más información en el informe de IDTechEx, «Gestión térmica para el encapsulado avanzado de semiconductores 2026-2036: tecnologías, mercados y oportunidades».
