IDTechEx resume las tendencias, ventajas e inconvenientes de los rellenos TIM

Los materiales de interfaz térmica (TIM) se adoptan cada vez más, y se espera que el tamaño del mercado supere los 8.000 millones de dólares en 2034. Los rellenos térmicos desempeñan un papel crucial en los TIM, ya que afectan directamente a propiedades como la conductividad térmica, la viscosidad, el coste, la abrasividad y otros factores. Los rellenos de TIM suelen ser el ingrediente más caro de las formulaciones de TIM; por lo tanto, la selección de los rellenos de TIM debe encontrar un equilibrio entre una buena conductividad térmica, unas propiedades mecánicas decentes y un precio aceptable.

 

Existe una gran variedad de materiales de relleno de TIM, como alúmina, hidróxido de aluminio (ATH), nitruro de aluminio (AlN), óxido de zinc (ZnO), óxido de magnesio (MgO) y nitruro de boro (BN). Dependiendo de las aplicaciones y los requisitos, los materiales de relleno, el tamaño de las partículas y la mezcla de rellenos son propiedad de los formuladores de TIM. A continuación se presentan algunas conclusiones interesantes basadas en la comparación de diferentes materiales de relleno, con un análisis más profundo cubierto en el nuevo informe de investigación de mercado de IDTechEx, "Materiales de interfaz térmica 2024-2034: tecnologías, mercados y previsiones".

 

Las cargas de alúmina son las más utilizadas en el mercado actual. Son eficaces para aumentar la conductividad térmica de los epoxis a bajo coste (5,5-6,5 USD/kg, con la posibilidad de bajar hasta 2-3 USD/kg). Cabe señalar que los precios dependen en gran medida del tamaño del relleno, el grado, la geometría y el volumen del pedido. Además de la conductividad térmica, los rellenos de alúmina también presentan una baja conductividad eléctrica, lo que los hace ideales para aplicaciones electrónicas. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, los rellenos de alúmina presentan varias limitaciones, como una conductividad térmica relativamente baja en comparación con otros rellenos de alto rendimiento, abrasividad y baja viscosidad con altos porcentajes de carga. Los rellenos de alúmina pueden dividirse, a grandes rasgos, en rellenos de alúmina esférica y rellenos de alúmina molida; la alúmina esférica suele tener costes más elevados que la molida. Según las investigaciones de IDTechEx, la alúmina molida puede reducir los costes en torno a un 50% en comparación con la alúmina esférica. Sin embargo, la alúmina molida, debido a sus geometrías angulosas, suele tener un porcentaje de carga mucho menor.

 

Una tendencia interesante en los TIM para baterías de vehículos eléctricos (VE) es la transición del uso de rellenos de alúmina a rellenos de ATH. Los rellenos de ATH tienen un coste significativamente inferior al de la alúmina (entre un 20% y un 40% menos, dependiendo del volumen, los proveedores y muchos otros factores), pero también conllevan una menor conductividad térmica. No obstante, IDTechEx cree que, debido a la transición de la configuración de los paquetes de baterías desde el diseño modular al diseño célula a célula e incluso al diseño célula a célula 3.0 de CATL, se espera que la conductividad térmica requerida para los TIM en las baterías de los vehículos eléctricos disminuya de unos 3,5 W/mK anteriormente a unos 2,5 W/mK en el futuro. Esta disminución de la conductividad térmica abre la posibilidad de que los fabricantes de vehículos eléctricos utilicen rellenos de ATH para reducir aún más los costes. Además, los rellenos de ATH también son ignífugos, ya que pueden descomponerse endotérmicamente, liberando aproximadamente el 35% de su peso en forma de vapor de agua, absorbiendo así el calor y reduciendo el desbordamiento térmico. En el informe de IDTechEx "Materiales de interfaz térmica 2024-2034: tecnologías, mercados y previsions" se ofrecen más detalles sobre cómo la configuración de las baterías de los vehículos eléctricos afectará a la conductividad térmica y a los materiales de interfaz térmica empleados en dichas baterías.

 

Además de los rellenos térmicos de bajo coste, algunas aplicaciones también necesitan TIM de alto rendimiento. Entre los TIM de alto rendimiento más utilizados se encuentran los rellenos de nitruro de boro y los rellenos de AlN. Sin embargo, las altas prestaciones conllevan costes elevados. Por ejemplo, los rellenos de BN pueden costar 10 veces más que los de alúmina. Por lo tanto, para equilibrar el rendimiento de la conductividad térmica y el coste, los formuladores de TIM suelen mezclar rellenos en los que los rellenos primarios son alúmina de bajo coste y los rellenos secundarios son rellenos de BN de alto coste u otros. Además, también se suelen utilizar cargas de TIM con partículas de distintos tamaños. Los rellenos más grandes pueden reducir la superficie específica y la resistencia térmica interfacial, mejorando la conductividad térmica. Sin embargo, los rellenos de gran tamaño dan lugar a una alta densidad de defectos, lo que puede impedir la transferencia de calor. De ahí que se empleen rellenos más pequeños como aditivos para reducir la densidad de defectos.

 

Además de los rellenos mencionados, también hay oportunidades para otros rellenos como el MgO, el ZnO y varios otros, aunque cada uno presenta sus propios retos, como la toxicidad y los altos costes. Para más detalles sobre la comparación de los rellenos de TIM, consulte el nuevo informe de IDTechEx, "Materiales de interfaz térmica 2024-2034: tecnologías, mercados y previsiones".

 

Para obtener más información sobre este informe, incluidas páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/TIM.

 

Para consultar la cartera completa de estudios de mercado sobre gestión térmica de IDTechEx, visite www.IDTechEx.com/Research/Thermal.