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サーマルインターフェース材料 2024-2034：技術、市場、予測Thermal Interface Materials 2024-2034: Technologies, Markets, and Forecasts 本レポートでは、EVバッテリー、EVパワーエレクトロニクス、データセンター、5G、ADAS、コンシューマーエレクトロニクス向けのサーマルインターフェイス材料（上記すべてのTIMと、一部のアプリケーションのダ... もっと見る
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サマリー
本レポートでは、EVバッテリー、EVパワーエレクトロニクス、データセンター、5G、ADAS、コンシューマーエレクトロニクス向けのサーマルインターフェイス材料（上記すべてのTIMと、一部のアプリケーションのダイアタッチ材料）について、詳細な技術分析を行っている。本レポートでは、TIMの面積、質量、売上高、単価の10年予測を行っている。本レポートでは、TIMフィラー、コスト、熱伝導率、高性能TIM、商用アプリケーション、過去の買収/提携、新たなトレンドについて取り上げています。
サーマルインターフェイス材料（TIM）は、2つの表面（通常は熱源（コンピュータプロセッサなど）とヒートシンク（金属製ヒートシンクやその他の冷却システムなど）の間の熱伝達を改善するために使用される材料です。TIMは、道路を走る電気自動車のバッテリー、データセンターのサーバーボード、個人のスマートフォンやノートパソコン、5G基地局、先進運転支援システム（ADAS）の電子機器に至るまで、あらゆる場所で使用されている。
これらすべての新興技術と急成長市場により、TIM市場は2024年から2034年の間に2桁のCAGRが見込まれ、大きなビジネスチャンスとなっている。IDTechExのレポート「サーマルインターフェイス材料： 技術、市場、2024-2034年予測」では、TIMのビジネスチャンスと今後の動向について包括的かつ詳細に分析している。TIMの目的は、2つの表面間の小さな隙間や欠陥を埋めて熱抵抗を減らし、熱伝達効率を高めることである。
TIMには、ペースト、パッド、液体金属、フィルムなどさまざまな形態がある。典型的なTIMは、ポリマーマトリックス中の高導電性フィラーで構成されています。TIMの特性（熱伝導性、コスト、粘度など）は、フィラー材料、粒子径、充填率、粒子形状、その他多くの要素に大きく依存する。代表的な充填材には、アルミナ、水酸化アルミナ（ATH）、AlN、亜硝酸ホウ素（BN）、ZnO、MgOなどがある。しかし、コスト、地域の規制、フィラー処理の難易度、研磨性、その他多くの要因によって、好まれるフィラーは業界や用途によって異なる。このTIMレポートには、フィラー材料の技術およびコスト分析、ならびにコスト（US$/kg）、熱伝導率（W/mK）、毒性、熱膨張係数（CTE）、絶縁耐力、電気伝導率、密度、およびその他いくつかの要因によるフィラー材料のベンチマーク比較が含まれている。
TIMは、家電、電気自動車用バッテリー、電気自動車用パワーエレクトロニクス、データセンター、5G、先進運転支援システム（ADAS）など、多くの産業で広く採用されている。しかし、これらの分野の多くが急速に成長し、電力密度が高まるにつれて、TIMはコスト、熱伝導率、粘度、絶縁耐力、その他の物理特性のバランスを取る上で、より大きな課題に直面しています。具体的な要件は業界によって異なる。例えば、EVバッテリーのTIMはコストに非常に敏感であり、mmWaveスペクトルの5G用TIMは、理想的には高い熱伝導性と優れた電磁波吸収特性の両方が必要であり、データセンターのような高性能アプリケーションのTIMはより高い熱伝導性を目指している。一方、EVバッテリーの高集積化、AIによるデータセンターの高出力化傾向、自律走行の普及とADASセンサーの熱管理における課題、5GにおけるmmWave、EVパワーエレクトロニクスのSi IGBTからSiC MOSFETへの移行と接合温度の上昇など、対象アプリケーションにおける重要な設計の変遷がある。これらのようなトレンドは、とりわけTIM市場に革命をもたらすと予想される。
IDTechExの本レポートでは、ダイ・アタッチ材料（TIM1）と共にTIM2の形状、フィラー材料、マトリックス材料について考察し、市販製品のベンチマーク、最近の高性能材料とその商業的成功の詳細、主要TIMサプライヤーの提携と買収に基づく市場動向を明らかにしています。また、電気自動車用バッテリー、電気自動車用パワーエレクトロニクス、データセンター、5Gインフラ、民生用エレクトロニクス（スマートフォン、タブレット、ノートパソコン）、EMIシールド、ADASセンサー部品（LiDAR、カメラなど）といった各分野における主要な推進要因や要件とともに、急成長産業における現在のTIMアプリケーションを分析しています。さらに、EVバッテリー、データセンター、民生用エレクトロニクス、ADASエレクトロニクス、5Gインフラについて、10年間の粒状面積（m2）、質量（kg）、収益（US$）、TIM単価（US$）の予測を行った。
電気自動車用バッテリーとパワーエレクトロニクス
電気自動車(EV)産業は現在、熱インターフェース材料(TIM)の最大のターゲット用途であり、EVバッテリーがTIM採用の大半を占めている。EVの普及に伴い、市場の需要は急速に増加しており、この傾向は今後10年間も続くと予想される。EVの中核技術の一つであるバッテリー技術もまた、急速な変化を遂げている。走行距離の長さへの要求が高まるにつれ、エネルギー密度の向上、軽量化、充電の高速化、火災の安全性などが求められる傾向にあり、これらすべてをサポートするには効果的な熱管理と材料が必要です。EVバッテリーの中で、TIMの特性はセル形式、熱管理戦略、パック設計、TIMのコストに大きく依存する。本レポートでは、モジュール設計からセルからパック設計への移行、セル間液冷チャンバーを使用したCATL Qilinの最新CTP3.0、エネルギー密度とTIM形状への影響を分析するなど、EV電池設計に関する広範な調査を実施した。10年間のTIM面積（m2）、質量（kg）、収益（米ドル）の予測を、複数の車両セグメント（自動車、バス、トラック、バン、二輪車）およびTIM形態（熱伝導性接着剤、ギャップフィラー、ギャップパッド）別に提供している。
EV用パワーエレクトロニクスでは、Si IGBTからSiC MOSFETへの移行が大きなトレンドとなっている。この移行により、接合部温度が高くなる（Si IGBTでは最高150であるのに対し、SiC MOSFETでは175以上、あるいは200以上）。この傾向は、高性能TIMとダイ・アタッチ材料に対する需要の高まりを意味する。2024年初頭の時点で、EVパワーエレクトロニクス用の典型的なTIM2の熱伝導率は約3.5W/mKだが、これは時間の経過とともに上昇すると予想される。同様に、ダイ・アタッチ材料も、より厳しい要件のため、従来のはんだ合金から銀焼結へと移行しつつあり、この傾向は将来、コスト削減のために銅焼結へと拡大する可能性がある。
データセンターとADASエレクトロニクス
AI、クラウドコンピューティング、テレコミュニケーション、暗号マイニングに牽引され、データセンターはより強力かつ高密度になり、熱管理の難しさが高まっている。放熱が適切に行われないと、性能低下、寿命短縮、さらにはハードウェアの故障につながり、重大な技術的問題を引き起こす可能性がある。本レポートでは、データセンターコンポーネントの広範な調査を実施し、市販のサーバーボード、ラインカード、スイッチ/スーパーバイザー、電源に使用されているTIMを、Nvidiaの最新AI GPUを含む多くのケーススタディとともに分析している。10年間のTIM面積（m2）、質量（kg）、収益（米ドル）予測は、主要なデータセンターコンポーネント（プロセッサー、チップセット、スイッチ、電源装置）全体にわたって提供され、熱設計電力の増加や、今後予定されている直接チップ冷却、あるいは液浸冷却への移行に伴うデータセンターアプリケーションのTIM要件の分析も含まれています。
自律走行やスマート・インテリア（ドライバー・モニタリングや乗員モニタリングなど）の需要が高まる中、先進運転支援システム（ADAS）の普及が進んでいる。ADASでは、センサー、カメラ、プロセッサーなど様々な電子部品がデータの収集・処理、意思決定に使用される。これらのコンポーネントは動作中に発熱する可能性があり、設計の高密度化が進むにつれて、放熱がより大きな課題となる。熱が適切に管理されないと、部品にダメージを与え、センサーの性能に影響を与える可能性があります。本レポートでは、ADASのLiDAR、カメラ、レーダー、コンピュータのTIM要件について、商用ユースケースと10年間の粒状TIM面積（m2）、質量（kg）、収益（US$）予測とともに詳細に分析している。
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データセンター（DC）とADAS向けTIM市場規模。2024年から2025年または2026年まで、DCはAIに大きく牽引される。出典 サーマルインターフェイス材料 2024-2034
電磁干渉（EMI）シールドと5G
EMIシールドは、ADASレーダー、5Gアンテナ、スマートフォンに至るまで、多くの産業で重要な役割を果たしている。エキサイティングな分野のひとつに5Gがある。4Gと比較して、5Gはより高い周波数と短い波長を使用します。mmWaveを採用し、周波数を上げることで、アンテナや関連する電子機器のサイズが縮小し、放熱の課題が大きくなります。さらに、5Gは伝送距離が短いため、多数の基地局をローカルに配置する必要がある。5Gでは、波長が短くなるとシールドの隙間からエネルギーが逃げてしまうため、周波数が高くなるにつれてEMI緩和対策の効果が低下するため、EMIの課題がより大きくなる。この問題を軽減するため、本レポートでは、EMI シールドと高熱伝導率の両方を提供できるいくつかの EMI TIM を分析している。シールドの内側と外側に TIM 層を設けた従来のボードレベルシールド（BLS）とは対照的に、TIM と EMI 吸収体の単層をチップ上に直接使用してヒートシンクと接触させることができるため、全体的な熱性能が向上するだけでなく、製造の複雑さも軽減できる。
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集積回路(IC)部品に直接適用されるEMI TIMの概略図。出典：IDTechEx IDTechEx
5Gにおけるインフラの高密度化と電力需要は、技術シフトと相まって、サーマルインターフェイス材料（TIM）の大きな市場を形成している。本レポートでは、5Gインフラにおける熱とEMIの課題を検証し、ティアダウンやユースケースを通じて現在の設計ソリューションを紹介するとともに、今後の設計の進展について概説しています。また、最新のデータベースと、局サイズと周波数に関する詳細な市場予測も掲載している。ハイプ・サイクルが終わりに近づいているにもかかわらず、5Gは熱管理ソリューションに大きな市場機会と成長の見込みを提供し続けている。
主要な側面
熱インターフェース材料（TIM）の動向と分析：
o はんだ合金
o 銀焼結
o 銅焼結
o 電気自動車パワーエレクトロニクス
o 電気自動車用バッテリー
o EMIシールド
o データセンター
o ADASエレクトロニクス
o 5Gインフラ
o 民生用電子機器
Summary
この調査レポートは、EVバッテリー、EVパワーエレクトロニクス、データセンター、5G、ADAS、コンシューマーエレクトロニクス向けのサーマルインターフェイス材料について詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
This report offers a detailed technical analysis of thermal interface materials for EV batteries, EV power electronics, data centers, 5G, ADAS, and consumer electronics (TIMs for all mentioned above and die-attach materials for some applications). It provides 10-year forecasts in terms of area, mass, revenue, and unit price of TIMs. The report covers TIM fillers, costs, thermal conductivities, high-performance TIMs, commercial applications, historical acquisitions/partnerships, and emerging trends.
A Thermal Interface Material (TIM) is a material used to improve heat transfer between two surfaces, typically a heat source (such as a computer processor) and a heat sink (such as a metal heatsink or other cooling system). TIMs are used everywhere ranging from batteries in electrical vehicles on the road, data center server boards to your personal smart phones and laptops, 5G base stations and advanced driver-assistance systems (ADAS) electronics.
With all these emerging technologies and fast-growing markets, the TIM market is expecting a double-digit CAGR between 2024 and 2034, representing significant opportunities. IDTechEx's report "Thermal Interface Materials: Technologies, Markets and Forecasts 2024-2034" offers a comprehensive and granular analysis of the opportunities for TIMs and the future trend. The purpose of a TIM is to fill the small gaps and imperfections between the two surfaces, reducing the thermal resistance and increasing the heat transfer efficiency.
TIMs come in various forms, including pastes, pads, liquid metals, films, and many others. A TIM typical consists of a highly conductive filler in a polymer matrix. The properties of TIMs (e.g., thermal conductivity, cost, viscosity, etc) are largely dependent on the filler materials, particle sizes, loading percentage, particle geometries and many others. A few typical filler materials include alumina, alumina hydroxide (ATH), AlN, boron nitrite (BN), ZnO and MgO. However, depending on the costs, regional regulations, difficulty of filler treatment, and abrasiveness and many other factors, the preferred filler varies across industry and application. This TIM report includes a technical and cost analysis of the filler materials, as well as a benchmark comparison of the filler materials by cost (US$/kg), thermal conductivity (W/mK), toxicity, coefficient of thermal expansion (CTE), dielectric strength, electric conductivity, density, and a few other factors.
TIMs have been widely adopted in many industries such as consumer electronics, electric vehicle batteries, electric vehicle power electronics, data centers, 5G, and advanced driver-assistance systems (ADAS). However, with the rapid growth of many of these sectors and increasing power density, TIMs are facing greater challenges in balancing costs, thermal conductivities, viscosities, dielectric strength, and other physical properties. The specific requirements vary across industries. For instance, TIMs in EV batteries are highly cost-sensitive; TIMs for 5G in the mmWave spectrum ideally need to have both high thermal conductivity and excellent electromagnetic absorbent properties; and TIMs in high-performance applications such as data centers are moving towards higher thermal conductivity. Meanwhile, there are key design transitions in the target applications, such as EV batteries becoming more integrated, data centers trending towards higher powers driven by AI, the increasing adoption of autonomous driving and challenges in thermal management for ADAS sensors, mmWave in 5G, as well as the transition from Si IGBT to SiC MOSFET for EV power electronics and the higher junction temperature. Trends like these, among others, are expected to drive a revolution in the TIM market.
This report from IDTechEx considers the forms, filler materials, and matrix materials of TIM2s along with die-attach materials (TIM1s), benchmarks commercial products, details recent high-performance materials and their commercial successes, and identifies the market trends based on the collaboration and acquisitions of leading TIM suppliers. It also analyzes current TIM applications in fast-growing industries, along with the key drivers and requirements in each of these areas such as electric vehicle batteries, electric vehicle power electronics, data centers, 5G infrastructure, consumer electronics (smartphones, tablets, and laptops), EMI shielding, and ADAS sensor components (e.g., LiDAR, cameras, etc). In addition, 10-year granular area (m2), mass (kg), revenue (US$), and TIM unit price (US$) forecasts were given for EV batteries, data centers, consumer electronics, ADAS electronics, and 5G infrastructure.
Electric Vehicle Batteries and Power Electronics
Electric vehicle (EV) industry is currently the largest target application for thermal interface materials (TIMs) with EV batteries dominating the TIM adoption. With the increasing popularity of EVs, the market demand has been increasing rapidly and this trend is expected to continue for the upcoming decade. Battery technology, as one of the core technologies in EVs is also seeing rapid changes. With the increasing demand for long mileage, there is a trend towards higher energy density, reduced weight, faster charging, and fire safety, all of which require effective thermal management and materials to support. Within EV batteries, the property of TIM highly depends on cell formats, thermal management strategies, pack designs, and costs of TIMs. This report conducts extensive research into EV battery designs, covering the transition from modular designs to cell-to-pack designs, CATL Qilin's latest CTP3.0 using inter-cell liquid cooling chambers and analyzes its impacts on energy density and TIM forms. 10-year TIM area (m2), mass (kg), and revenue (US$) forecasts are provided across multiple vehicle segments (cars, buses, trucks, vans, and two-wheelers) and by TIM form (thermally conductive adhesives, gap fillers, and gap pads).
In terms of EV power electronics, the mega trend is the transition from Si IGBT to SiC MOSFETs. This transition leads to a higher junction temperature (175+ or even 200+ for SiC MOSFET compared with up to 150 for Si IGBT). This trend imposes a rising demand for high-performance TIMs and die-attach materials. Typical TIM2s for EV power electronics as of early 2024 have a thermal conductivity around 3.5W/mK, but this is expected to increase over time. Similarly, die-attach materials, due to more stringent requirements, are also seeing transitions from traditional solder alloys to Ag sintering, and this trend will potentially extend to Cu sintering to reduce the cost in the future.
Data Centers and ADAS Electronics
Driven by AI, cloud computing, telecommunication and crypto mining, data centers become more powerful and densely packed, leading to a rising difficulty in thermal management. If the heat is not dissipated properly, it can lead to decreased performance, shortened lifespan, and even hardware failure, thereby causing significant technical issues. This report conducts extensive research into data center components, analyzing TIMs used in commercially available server boards, line cards, switches/supervisors, and power supplies with a number of case studies including the latest AI GPUs from Nvidia. 10-year TIM area (m2), mass (kg), and revenue (US$) forecasts are provided across key data center components (processors, chipsets, switches, and power supplies) with analysis of the TIM requirements for data center applications with the increasing thermal design power and upcoming transition to direct-to-chip or even immersion cooling.
With the greater demand for autonomous driving and smart interiors (e.g., driver monitoring and occupant monitoring, etc), advanced driver assistance systems (ADAS) are becoming increasingly popular. In ADAS, various electronic components such as sensors, cameras, and processors are used to collect and process data, and make decisions. These components can generate heat during operation, and with the continuous densification of designs, the heat dissipation will become a bigger challenge. If the heat is not properly managed, it can cause damage to the components, thereby affecting sensors' performance. This report provides a detailed analysis of TIM requirements for ADAS LiDAR, cameras, radar, and computers with commercial use-cases and 10-year granular TIM area (m2), mass (kg), and revenue (US$) forecasts.
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TIM Market Size For Data Center (DC) and ADAS. DC is largely driven by AI from 2024 to 2025 or 2026. Source: Thermal Interface Materials 2024-2034
Electromagnetic Interference (EMI) Shielding and 5G
EMI shielding plays a critical role across many industries ranging from ADAS radar, 5G antenna, to smartphones. One of the exciting segments is 5G. Compared with 4G, 5G uses higher frequencies and shorter wavelengths. The adoption of mmWave and increased frequency shrinks the sizes of antenna and associated electronics, leading to greater heat dissipation challenges. Further to this, a large number of 5G base stations need to be deployed locally because of the inherent short transmission lengths. 5G presents more EMI challenges since the effectiveness of EMI mitigation measures declines with higher frequencies because smaller wavelengths allow energy to escape through gaps in shields. To mitigate this issue, this report analyzes several EMI TIMs that can provide both EMI shielding and high thermal conductivities. In contrast to traditional board-level shields (BLSs), with a layer of TIM inside and outside the shield, a single layer of TIM and EMI absorber can be used directly on the chip to make contact with the heat sink, which not only improves overall thermal performance but also reduces manufacturing complexity.
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Schematic drawing of an EMI TIM being applied directly on an integrated circuit (IC) component. Source: IDTechEx
The growing density of infrastructure and power demands in 5G, coupled with technological shifts, creates a substantial market for Thermal Interface Materials (TIMs). This report examines thermal and EMI challenges within 5G infrastructure, presenting current design solutions through teardowns or use cases and outlining future design progressions. It includes updated databases and detailed market forecasts for station size and frequency. Despite nearing the end of its hype cycle, 5G continues to offer significant market opportunities and growth prospects for thermal management solutions.
Key Aspects
Thermal Interface Material (TIM) trends and analysis:
o Solder alloys
o Silver sintering
o Copper sintering
o Electric vehicle power electronics
o Electric vehicle batteries
o EMI shielding
o Data centers
o ADAS electronics
o 5G infrastructure
o Consumer electronics
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