CTAB辅助的图案化电沉积策略快速制备无缺陷高导热Cu-SiC复合材料

为解决高性能电子器件中热应力失配问题，华中科技大学团队开发了CTAB辅助的三元添加剂电解液图案化电沉积策略，成功实现SiC含量达35.9 wt%、沉积速率65.3 μm/h的无缺陷Cu-SiC复合材料制备。该材料兼具低热膨胀系数（7.2×10?6/°C）与高导热性，为电子封装可靠性提供新方案。

　　

随着高性能电子器件功率密度持续攀升，传统封装材料的热应力失配问题日益凸显。铜-碳化硅（Cu-SiC）复合材料因其可调的热膨胀系数（CTE）与优异导热性成为理想解决方案，但传统高温制备工艺存在SiC分散不均、界面反应恶化等问题。华中科技大学团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表研究，提出CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）辅助的图案化电沉积新策略，突破高沉积速率下复合材料缺陷控制的难题。

研究采用电化学分析（循环伏安法、电化学阻抗谱）结合微观表征技术（SEM、XRD、EBSD），系统考察CTAB与加速剂SH110、抑制剂PEG的协同作用机制。通过调控电流密度（20-80 mA/cm²）、CTAB浓度（0-0.3 g/L）和SiC含量（10-50 wt%）等参数，建立工艺-性能关联模型。

【材料与方法】
采用含120 g/L CuSO₄的基础电解液，引入CTAB构建三元添加剂体系。通过电化学工作站测试极化曲线，结合Zeta电位分析SiC分散性，优化后的工艺参数使沉积速率提升至65.3 μm/h。

【CTAB对电化学性能的影响】
研究发现CTAB通过竞争吸附置换SH110，与PEG协同抑制铜基质沉积，促使晶粒细化（<1 μm）。在0.1 g/L CTAB时，阴极极化度提升42%，SiC表面Zeta电位由-25 mV增至+18 mV，有效防止颗粒团聚。

【结论】
最优工艺制备的复合材料具有三大突破：1）SiC含量达35.9 wt%且分布均匀；2）铜基质呈现(111)晶面择优取向；3）界面无缺陷且CTE低至7.2×10^?6/°C。该技术为微电子封装提供了兼具高效制备与性能可控的解决方案，相关机理对开发其他金属基复合材料具有普适指导意义。