TIM（サーマルインターフェースマテリアル）（ティーアイエム）

TIM（サーマルインターフェースマテリアル）とは

TIM（Thermal Interface Material / サーマルインターフェースマテリアル）は、熱源と放熱器の界面（インターフェース）に配置して熱抵抗を低減する素材の包括的な総称である。PC自作分野では「CPUグリス」として知られるサーマルペーストが最も身近なTIMだが、実際にはCPU内部のダイとIHS間（TIM1）、IHSとクーラー間（TIM2）、GPUのダイとVRAM間など、電子機器内の複数の熱界面にそれぞれ最適化されたTIMが使用されている。

TIMの階層分類

現代のCPUパッケージには2層のTIMが使用されている。

TIM1（ダイ⇔IHS間）

CPUダイとIHS（Integrated Heat Spreader）の間に充填されるTIM。メーカーが工場で適用するため、ユーザーが直接触れることは通常ない。

Intel の第3-9世代でシリコンペーストが使われていた時期は、「殻割り」（IHSを取り外して液体金属に交換）が一大ジャンルとなっていた。第10世代以降のSTIM（Solder TIM）採用により、殻割りの必要性は大幅に低下した。

TIM2（IHS⇔クーラー間）

IHSとCPUクーラーのベースプレートの間に塗布するTIM。ユーザーが自分で選択・塗布するため、PC自作で「サーマルペースト」と言えばこのTIM2を指す。

TIMの性能指標

バルク熱伝導率 vs 接触熱抵抗

メーカーのスペックシートに記載される「熱伝導率 (W/m·K)」はバルク素材の特性であり、実際の冷却性能を直接予測できない。実使用条件での性能は接触熱抵抗 (Rjc, ℃·cm²/W) で評価すべきである。

接触熱抵抗は以下の要因に依存する：

• BLT（Bond Line Thickness）: 実際の塗布厚さ。薄いほど熱抵抗が低い
• 表面濡れ性: TIMが金属表面の凹凸にどれだけ密着するか
• 接触圧: クーラーの取り付け圧力。圧力が高いほどBLTが薄くなり性能が向上
• ポンプアウト: ヒートサイクルでTIMが接触面から押し出される現象

TIM種別の接触熱抵抗比較

最新のTIM技術動向

グラフェン配合TIM

グラフェンの面内熱伝導率（3000-5000 W/m·K）を活用した次世代TIMの研究が進んでいる。グラフェンナノプレートレットをシリコンマトリクスに分散させることで、従来のセラミックフィラーより高い熱伝導率を実現できる。ただし量産コストと均一分散の課題が残る。

カーボンナノチューブ（CNT）アレイ

垂直配向CNTアレイを TIM として使用する研究が進行中。CNTの軸方向熱伝導率は3000 W/m·K以上であり、界面への機械的な食い込みにより超低接触熱抵抗を実現できる。Intel、IBM、Georgia Tech などが研究を主導している。

相変化材料の進化

Honeywell PTM7950 に代表される相変化材料が、ノートPC市場で急速にシェアを拡大している。固体→軟化状態の相変化で界面密着性を確保しつつ、ポンプアウト耐性と長期安定性でペーストを上回る。

FAQ

TIM1とTIM2はどちらが冷却性能に影響しますか？

現代のCPU（STIM採用）ではTIM2（ユーザー塗布のサーマルペースト）の方が影響が大きい。TIM1がはんだ（50-80 W/m·K）の場合、TIM1の熱抵抗は極めて低く、ボトルネックはTIM2（1-15 W/m·K）にシフトする。ただしIntel 3-9世代のシリコンペーストTIM1では、TIM1がボトルネックであったため殻割りが有効だった。

殻割り（デリッド）は今でも必要ですか？

Intel 第10世代以降とAMD Ryzen全世代はSTIM（はんだ接合）を採用しており、殻割りの効果は2-5℃程度と限定的。極限のオーバークロック（LN2冷却等）を除き、高品質なTIM2ペースト（Kryonaut等）を適切に塗布する方が安全かつ効果的である。

同じTIMをCPUとGPUに使えますか？

基本的には同じサーマルペーストを使用可能。ただしGPUの場合はダイが直接露出している（IHSなし）ケースが多く、液体金属はダイ表面のシリコンを侵食しないが、周辺のSMD部品への漏洩リスクがある。GPUには非導電性の金属配合ペースト（Kryonaut等）が最も安全な選択である。