一种高硅铝合金电子封装壳体及其制造方法

摘要

本发明提供一种高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，由不同硅含量的高硅铝合金分别作为其底部、过渡部和焊接部，形成梯度材料结构，满足电子封装材料对强度、热导率、热膨胀系数等材料性能以及机加工、表面镀覆、激光焊接等工艺性能的综合要求。

说明书

技术领域

本发明属于金属及合金的制造技术领域，具体涉及一种高硅铝合金电子封装壳体及其制造方法。

背景技术

电子封装壳体为芯片提供电/热通路、机械支撑和环境保护，是元器件性能稳定、高可靠服役的基础，既要求力学和热物理性能良好，也需满足机加工、表面镀覆和激光焊接等工艺要求。目前，以硅颗粒、碳化硅颗粒、碳纤维和金刚石颗粒等增强的铝基复合材料，具有密度低、高导热、膨胀系数可调等优点，成为当今电子封装材料的研究热点。以Al/SiCp复合材料为代表的第三代封装材料具有良好的力学性能和热物理性能，但在实际应用中却面临机加工和表面镀覆难度大，无法激光焊接，以及壳体与盖板焊接难以满足气密性要求等突出问题。

高硅铝合金具有热导率高、热膨胀系数与芯片适配、比强度高、密度小 (<2.7g/cm

因此，基于实际应用需求，开发结构-功能一体化高硅铝合金电子封装是解决材料性能与工艺性能匹配性的有效途径。结构-功能一体化高硅铝合金包括一体化的不同硅含量的高硅铝合金，具有较高硅含量的高硅铝合金具有较低的热膨胀系数和较高的强度,满足电路和芯片集成要求，适合与陶瓷基板的封装；而具有较低硅含量的高硅铝合金具有良好的导热性能，易于加工和封焊，满足封装壳体侧壁钻孔、焊接、密封的要求，适于用作散热面；同时，根据实际应用需求，还可以设计不同硅含量的中间过渡层，减小梯度材料的热应力并优化其分布状况。专利“封装用高硅铝合金结构梯度材料高通量制备装置及方法”(105970013B)公开了梯度高硅铝合金高通量制备装置和高通量制备方法。但是，从应用角度出发，对高硅铝合金电子封装壳体进行结构-功能一体化设计和制造还鲜有报道。

目前，功能梯度材料多采用粉末冶金、无压浸渗等方法制备，论文“Sip/Al 功能梯度材料的粉末冶金热压工艺制备及性能研究”(粉末冶金工业，2014， 24(1)：39-43)报道了热压法制备Sip/Al功能梯度材料，论文“无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料”(2006，材料工程，6：13-16)报道了采用无压浸渗制备了低、中、高各种体积分数6个体积分数梯度的SiCp/Al 复合材料，论文“热压烧结制备近全致密W-Cu梯度热沉材料”(中国有色金属学报，2007，17(9)：1410-1416)报道了采用热压固相烧结和粒度配比法制备了近全致密的W-Cu梯度热沉材料。专利“通过快速热压制备梯度硅铝合金电子封装材料的方法”(102358924B)公开了气雾化与热压烧结制备梯度高硅铝合金电子封装材料。然而，关于高硅铝合金结构-功能一体化材料的喷射沉积制备方法还鲜有报道，现有技术与批量稳定化生产还存在一定差距。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，由不同硅含量的高硅铝合金分别作为其底部、过渡部和焊接部，形成梯度材料结构，满足电子封装材料对强度、热导率、热膨胀系数等材料性能以及机加工、表面镀覆、激光焊接等工艺性能的综合要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，包括以下步骤：

S1：对所述高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度进行设计，所述高硅铝合金电子封装壳体呈凹槽状，包括底部和侧壁，所述底部和侧壁围合形成容置空间；所述侧壁包括过渡部和焊接部，所述焊接部位于所述过渡部的上方；所述过渡部的高度≥0mm，当所述过渡部的高度为0，则所述焊接部与所述底部相连接；S2：根据S1的设计，使用若干不同硅含量的高硅铝合金作为原料，依据高硅铝合金的硅含量大小顺序排列并采用雾化沉积装置依次沉积，形成梯度材料锭坯；所述梯度材料锭坯包括连接层、过渡层和焊接层，所述过渡层位于所述连接层和焊接层之间，所述过渡层的数量≥0；所述连接层、过渡层和焊接层的硅含量沿着从连接层到焊接层的方向从大到小呈梯度变化；S3：对所述梯度材料锭坯进行致密化处理；S4：切割所述梯度材料锭坯，使所述梯度材料锭坯呈凹槽状；所述连接层作为所述底部；所述过渡层和所述焊接层经过切割形成边框状，切割后的所述过渡层作为所述过渡部，切割后的所述焊接层作为所述焊接部，得到高硅铝合金电子封装壳体；S5：退火处理。

本发明的高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，运用材料结构-功能一体化设计思路，提出底部、过渡部和焊接部构成的梯度材料结构，满足电子封装材料对强度、热导率、热膨胀系数等材料性能以及机加工、表面镀覆、激光焊接等工艺性能的综合要求；采用雾化沉积方法制备得到的高硅铝合金电子封装壳体界面清晰，将实心的梯度材料锭坯切割形成可容纳芯片的凹槽状，工艺过程的可控性高，能够获得不同结构的高硅铝合金，具有良好的连续性和稳定性，适合工业化生产。

进一步，S1包括：①对若干不同硅含量的高硅铝合金，检测硅含量与材料性能和工艺性能的定量关系；②依据温度和热应力分布，参照高硅铝合金中硅含量与材料性能和工艺性能的定量关系，设计所述高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度。通过建立现有的单一均质的高硅铝合金硅含量与性能之间的定量关系，为设计所述高硅铝合金电子封装壳体提供参考。

进一步，①中，所述材料性能包括抗拉强度、硬度、热导率和热膨胀系数；所述工艺性能包括机加工、表面镀覆和激光焊接。通过预先评估材料性能和工艺性能，从功能出发设计结构，以满足电子封装材料对强度、热导率、热膨胀系数等材料性能以及机加工、表面镀覆、激光焊接等工艺性能的综合要求。

进一步，②中，预设所述高硅铝合金电子封装壳体尺寸，并预设所述底部的材料组分和厚度，以及所述焊接部的材料组分；采用热弹性理论和有限元计算，设计得到所述过渡部的合金组分以及所述过渡部和焊接部的厚度；再以所述过渡部的合金组分以及所述过渡部和焊接部的厚度为已知量，采用热弹性理论和有限元计算所述底部和所述焊接部的材料组分和厚度，得到所述底部、过渡部和焊接部的材料分和厚度。参照常规的高硅铝合金电子封装壳体尺寸，预设所述底部的材料组分和厚度，以及所述焊接部的材料组分，将设计过程简化为设计所述过渡部的合金组分以及所述过渡部和焊接部的厚度，再代入所述过渡部的合金组分以及所述过渡部和焊接部的厚度，重新设计所述底部的材料组分和厚度，以及所述焊接部的材料组分，得到完整的高硅铝合金电子封装壳体的设计方案。

进一步，S2中，所述雾化沉积装置为双雾化系统沉积装置，所述双雾化系统沉积装置包括微机控制部、两个雾化部、沉积部；所述微机控制部控制两个雾化部和沉积部；所述雾化部包括喷嘴、雾化器、气体连接装置、气体连接装置控制器、堵杆和堵杆控制器；所述气体连接装置控制器控制所述气体连接装置喷射高压气体，熔体被高压气体冲散并通过所述雾化器和喷嘴形成雾化液滴，并在高压气体作用下飞行，逐渐冷却凝固，沉积于所述沉积部上；一个雾化部工作时另一个雾化部处于待命状态，通过所述堵杆和堵杆控制器控制所述雾化部的停止和开启。通过所述双雾化系统沉积装置制备梯度合金锭坯，可连续操作进行雾化沉积，提高效率，具有高精度、可重复性高、方便设计等特点，后续加工量小具有良好的连续性和稳定性，适合工业化生产。

进一步，S3中，所述致密化处理的工序包括热等静压、热压烧结、放电等离子烧结中的一种；致密化处理的温度为480℃-550℃，保温时间为1-4小时，加热速率为10-40℃/小时，降温速率为20-50℃/小时。通过合适的致密化处理，所述高硅铝合金内部空隙总体积减少，颗粒间距缩短，密度增大。

进一步，S5中，退火温度为320℃-440℃，保温时间为6-24小时，退火过程中在所述高硅铝合金电子封装壳体上方施加0.5-5MPa。通过合适的退火处理，降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向。

进一步，还包括S6：对制备得到的高硅铝合金电子封装壳体进行表征，并依据表征结果循环S1-S5，优化设计高硅铝合金电子封装壳体的合金组分和厚度。通过不断优化设计，寻求散热效率高、热应力最小的厚度状态以及材料体系。

本发明还提供一种高硅铝合金电子封装壳体，由上述高硅铝合金电子封装壳体的制造方法制备得到；所述底部使用的高硅铝合金的含硅量为50％-70％，所述焊接部使用的高硅铝合金的含硅量为12％-35％；所述过渡部使用高硅铝合金作为材料且含硅量为35％-50％。

经过计算和表征可得，所述高硅铝合金电子封装壳体散热效率高、热应力小。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的高硅铝合金电子封装壳体的制造方法的流程图

图2是典型的电子封装高硅铝合金壳体的结构图。

图3是通过喷射沉积得到的单一均质高硅铝合金的SEM图

图4是梯度层间硅含量差与梯度界面等效内应力的关系图。

图5是通过喷射沉积得到的单一均质高硅铝合金的工艺性能与硅含量的关系图。

图6是过渡层厚度与梯度界面等效内应力的关系图。

图7是过渡层硅含量与梯度界面等效内应力的关系图。

图8是单过渡层高硅铝合金电子封装壳体的结构示意图。

图9是双过渡层高硅铝合金电子封装壳体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

此外，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等仅用于区别相同技术特征的描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也不一定描述次序或时间顺序。在合适的情况下术语是可以互换的。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

类似地，在说明书和权利要求书中同样使用术语“固定”、“连接”，不应理解为限于直接的连接。因此，表达“装置A与装置B连接”不应该限于装置或系统中装置A直接连接到装置B，其意思是装置A与装置B之间具有路径，这可以是包括其他装置或工具的路径。

本发明提供一种高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：对所述高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度进行设计，所述高硅铝合金电子封装壳体呈凹槽状，包括底部和侧壁，所述底部和侧壁围合形成容置空间；所述侧壁包括过渡部和焊接部，所述焊接部位于所述过渡部的上方；所述过渡部的高度≥0mm，当所述过渡部的高度为0，则所述焊接部与所述底部相连接；

S2：根据S1的设计，使用若干不同硅含量的高硅铝合金作为原料，依据高硅铝合金的硅含量大小顺序排列并采用雾化沉积装置依次沉积，形成梯度材料锭坯；所述梯度材料锭坯包括连接层、过渡层和焊接层，所述过渡层位于所述连接层和焊接层之间，所述过渡层的数量≥0；所述连接层、过渡层和焊接层的硅含量沿着从连接层到焊接层的方向从大到小呈梯度变化；

S3：对所述梯度材料锭坯进行致密化处理；

S4：切割所述梯度材料锭坯，使所述梯度材料锭坯呈凹槽状；所述连接层作为所述底部；所述过渡层和所述焊接层经过切割形成边框状，所述过渡层作为所述过渡部，所述焊接层作为所述焊接部，得到高硅铝合金电子封装壳体；

S5：退火处理。

本发明的高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，运用材料结构-功能一体化设计思路，提出底部、过渡部和焊接部构成的梯度材料结构，满足电子封装材料对强度、热导率、热膨胀系数等材料性能以及机加工、表面镀覆、激光焊接等工艺性能的综合要求；采用雾化沉积方法制备得到的高硅铝合金电子封装壳体界面清晰，将实心的梯度材料锭坯切割成可容纳芯片的凹槽状，工艺过程的可控性高，能够获得不同结构的高硅铝合金，具有良好的连续性和稳定性，适合工业化生产。

S1包括：①对若干不同硅含量的高硅铝合金，检测硅含量与材料性能和工艺性能的定量关系；②依据温度和热应力分布，参照高硅铝合金中硅含量与材料性能和工艺性能的定量关系，设计高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度。通过建立现有的单一均质的高硅铝合金的硅含量与性能之间的定量关系，为设计所述高硅铝合金电子封装壳体提供参考。

①中，建立单一均质高硅铝合金材料中材料性能与硅含量之间的定量关系，以及工艺性能与硅含量之间的定量关系评估；所述材料性能包括抗拉强度、硬度、热度、热导率和热膨胀系数；所述工艺性能包括机加工、表面镀覆和激光焊接。通过预先评估材料性能和工艺性能，从功能出发设计结构，以满足电子封装材料对强度、热导率、热膨胀系数等材料性能以及机加工、表面镀覆、激光焊接等工艺性能的综合要求。

②中，预设所述高硅铝合金电子封装壳体尺寸，并预设底部的材料组分和厚度，以及焊接部的材料组分；采用热弹性理论和有限元计算，设计得到过渡部的合金组分以及过渡部和焊接部的厚度；再以过渡部的合金组分以及过渡部和焊接部的厚度为已知量，采用热弹性理论和有限元计算底部和焊接部的材料组分和厚度，得到底部、过渡部和焊接部的材料组分和厚度。

如图2所示为典型的高硅铝合金电子封装壳体的厚度设计，并作为参照，预设底部的材料组分和厚度，以及焊接部的材料组分，将设计过程简化为设计过渡部的合金组分以及过渡部和焊接部的厚度，推断不同结构的高硅铝合金梯度材料的纵向(z轴方向)性能，进行温度分布模拟和热应力分布模拟，寻求散热效率高、热应力最小的材料组分和厚度设计；再代入过渡部的合金组分以及过渡部和焊接部的厚度，重新设计底部的材料组分和厚度，以及焊接部的材料组分，得到完整的高硅铝合金电子封装壳体的设计方案。

为简化和加快设计进程，预设所述高硅铝合金电子封装壳体尺寸为40×25 ×10mm。由于芯片置于底部与焊接部围合形成的容置空间内，外加一盖板将所述高硅铝合金电子封装壳体密封，芯片与底部直接接触，盖板与焊接部直接接触，因此预设底部为与芯片材料相同的Al-70Si合金，厚度为2.2mm，预设焊接部为与盖板组分相同的Al-27Si合金，从而将主要设计参数简化为过渡部合金组分以及过渡部和焊接部的厚度。采用热弹性理论和有限元计算，设计得到过渡部的合金组分以及过渡部和焊接部的厚度，再以过渡部的合金组分以及过渡部和焊接部的厚度为已知量，采用热弹性理论和有限元计算设计底部和焊接部的材料组分和厚度，得到底部、过渡部和焊接部的材料组分和厚度。

S2中，将高硅铝合金的原材料加热至融化后得到熔体，在其液相线温度以上的120℃-250℃保温。

所述雾化沉积装置为双雾化系统沉积装置，所述双雾化系统沉积装置包括微机控制部、两个雾化部、沉积部和监控系统；所述微机控制部控制两个雾化部、沉积部和监控部。

所述雾化部包括喷嘴、雾化器、气体连接装置、气体连接装置控制器、堵杆和堵杆控制器(停止和开启)。所述气体连接装置控制器控制所述气体连接装置喷射高压气体，熔体被高压气体冲散并通过雾化器和喷嘴形成雾化液滴，并在高压气体作用下飞行，逐渐冷却凝固，沉积于所述沉积部上。两个所述雾化部快速无缝切换，一个雾化部工作时另一个雾化部处于待命状态，通过述所堵杆和堵杆控制器控制所述雾化部的停止和开启。所述沉积部包括沉积基底、沉积基底转动装置和下降装置，当熔体沉积到一定程度，通过所述沉积基底转动装置和下降装置，控制所述沉积基底转动和下降，以保持沉积面与即将沉积的雾化液滴保持距离。所述监控部用于监控沉积情况。通过所述双雾化系统沉积装置制备梯度合金锭坯，可连续操作进行雾化沉积，提高效率，具有高精度、可重复性高、方便设计等特点，后续加工量小具有良好的连续性和稳定性，适合工业化生产。

S2中，高压气体为氮气，气体压力为0.7-1.2MPa；所述雾化装置上方设有熔炼部，所述熔炼部将所述高硅铝合金熔炼形成熔体。所述熔炼部包括两个中频感应熔炼炉，底部和焊接部所使用的高硅铝合金分别在两个中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1200℃-1500℃。

S3中，所述致密化处理的工序包括热等静压、热压烧结、放电等离子烧结中的一种。致密化处理的温度为480℃-550℃，保温时间为1-4小时，加热速率为10-40℃/小时，降温速率为20-50℃/小时。在达到预设的加热温度之前，将梯度材料锭坯在400℃保温一小时。通过合适的致密化处理，所述高硅铝合金内部空隙总体积减少，颗粒间距缩短，密度增大。

制备得到所述梯度材料锭坯气密性高于1×10

S4中，从所述梯度材料锭坯切割出高硅铝合金块体，将所述高硅铝合金块体切割成与所述高硅铝合金电子封装壳体相符的尺寸。具体地，采用线切割从所述梯度材料锭坯切割出高硅铝合金块体，采用精雕机加工高硅铝合金块体的焊接部和底部，切割成与所述高硅铝合金电子封装壳体相符的尺寸。由于预先进行设计且采用沉积制备，底部、过渡部和底部的加工量可控制在0.2～0.5毫米，得到高硅铝合金电子封装壳体，节省材料。

S5中，退火温度为320℃-440℃，保温时间为6-24小时，退火过程中在所述高硅铝合金电子封装壳体上方施加0.5-5MPa的压力。通过合适的退火处理，降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向。

还包括S6，对制备得到的高硅铝合金电子封装壳体进行表征，并依据表征结果循环S1-S5，优化设计高硅铝合金电子封装壳体的合金组分和厚度。通过不断优化设计，寻求散热效率高、热应力最小的厚度状态以及材料体系。对制备得到的高硅铝合金电子封装壳体表征显微组织和梯度界面结构，并测试抗拉强度、抗弯强度、热导率和热膨胀系数，优化设计高硅铝合金电子封装壳体的合金组分和厚度。

本发明还提供一种高硅铝合金电子封装壳体，由上述高硅铝合金电子封装壳体的制造方法制备得到；底部使用的高硅铝合金的含硅量为50％-70％，焊接部使用的高硅铝合金的含硅量为12％-35％；过渡部使用高硅铝合金作为材料且含硅量为35％-50％。

经过计算和表征可得，高硅铝合金电子封装壳体散热效率高、热应力小。

本实施例1提供一种高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，包括以下步骤：

S1：对所述高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度进行设计：

①对常规的单一均质的高硅铝合金，检测硅含量与材料性能和工艺性能的定量关系：采用喷射沉积制备了系列高硅铝合金，并分别表征了显微组织，结果如图3所示，其中图3(a)为Al-22％Si合金的SEM图，图3(b)为Al-27％Si 合金的SEM图，图3(c)为Al-42％Si合金的SEM图，图3(d)为Al-50％Si合金的SEM图，图3(e)为Al-60％Si合金的SEM图，图3(f)为Al-70％Si合金的SEM图；检测梯度层间硅含量差与梯度界面等效内应力，结果如图4所示，梯度界面等效内应力与梯度层间的硅含量差呈正比例关系。同时检测了抗拉强度、热导率和热膨胀系数，如表1所示，建立单一均质高硅铝合金的材料性能与硅含量之间的定量关系：

表1喷射沉积高硅铝合金的主要性能

对喷射沉积制备的不同硅含量的高硅铝合金进行工艺性能测试，所述工艺性能包括机加工、表面镀覆和激光焊接，如图5所示，建立单一均质高硅铝合金材料的工艺性能与硅含量之间的定量关系，将性能分为若干等级进行定量。

②从服役条件和壳体结构出发，分析典型的高硅铝合金电子封装壳体的温度和热应力分布情况，并作为参照，采用热弹性理论和有限元计算，结合步骤①，设计所述高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度。所述高硅铝合金电子封装壳体呈凹槽状，包括底部1和侧壁，底部1和侧壁围合形成容置空间；所述侧壁包括过渡部3和焊接部2，焊接部2位于过渡部3的上方；过渡部3的高度≥0mm，当过渡部3的高度为0，则焊接部2与底部1相连接。

如图2所示，依据典型的高硅铝合金电子封装壳体，预设所述高硅铝合金电子封装壳体尺寸为40×25×10mm。预设底部1为与芯片材料相同的Al-70Si 合金，厚度为2.2mm，预设焊接部2为与盖板组分相同的Al-27Si合金，将主要涉及参数简化为过渡的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度。采用热弹性理论和有限元计算设计得到过渡部3的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度，再以过渡部3的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度为已知量，采用热弹性理论和有限元计算计算底部1和焊接部2的材料组分和厚度，得到底部1、过渡部3和焊接部2的材料组分和厚度。

根据温度和热应力分布情况，设计方案为使用Al-35％Si/Al-50％Si梯度材料制备高硅铝合金电子封装壳体，其中Al-35％Si合金作为焊接部2材料，厚度为6.2mm，Al-50％Si合金作为底部1材料，厚度为1.8mm。

S2：根据Al-35％Si/Al-50％Si梯度材料的结构要求，采用双雾化系统喷射沉积装置制胚，得到梯度材料锭坯。所述梯度材料锭坯包括连接层和焊接层，所述连接层和焊接层的硅含量沿着从连接层到焊接层的方向从大到小呈梯度变化。所述连接层材料为Al-50％Si合金，所述焊接层材料为Al-35％Si合金。

S3：将所述梯度材料锭坯采用热压烧结进行致密化处理，加热温度为550℃，保温时间为1小时，加热速率为40℃/小时，降温速率为50℃/小时。在达到预设的加热温度之前，所述梯度材料锭坯在400℃保温1小时。

S4：切割所述梯度材料锭坯，使所述梯度材料锭坯形成凹槽状；所述连接层作为底部1；所述焊接层经过切割形成边框状，切割后的所述焊接层作为焊接部2。

其中焊接部2厚度为6.5±0.1mm，底部1厚度为2.1±0.1mm，即切割得到Al-35％Si合金的厚度为6.5±0.1mm，Al-50％Si合金的厚度为2.1±0.1mm；进一步采用精雕加工，切割成与所述高硅铝合金电子封装壳体相符的尺寸，得到高硅铝合金电子封装壳体；

S5：将所述高硅铝合金电子封装壳体进行退火处理，退火温度为320℃ -360℃，保温时间为6-12小时，退火过程中在所述高硅铝合金电子封装壳体上方施加0.5-1.5MPa的压力。

经检测，Al-35％Si/Al-50％Si梯度材料的表面质量良好，梯度层与层之间界面清晰，呈平直分布，具有良好的加工性能，可通过加工获得满足应用需求的高硅铝合金电子封装壳体。

本实施例2提供一种高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，包括以下步骤：

S1：对所述高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度进行设计，参照实施例1中表1及图3-5，从服役条件和壳体结构出发，分析典型的高硅铝合金电子封装壳体的温度和热应力分布情况，并作为参照，采用热弹性理论和有限元计算，对所述高硅铝合金电子封装壳体进行合金组分与厚度设计。

如图6所示，所述高硅铝合金电子封装壳体呈凹槽状，包括底部1和侧壁，底部1和侧壁围合形成容置空间；所述侧壁包括过渡部3和焊接部2，焊接部2 位于过渡部3的上方；过渡部3的高度≥0mm，当过渡部3的高度为0，则焊接部2与底部1相连接。

依据典型的高硅铝合金电子封装壳体，预设所述高硅铝合金电子封装壳体尺寸为40×25×10mm。预设底部1为与芯片材料相同的Al-70Si合金，厚度为 2.2mm，预设焊接部2为与盖板组分相同的Al-27Si合金，将主要涉及参数简化为过渡的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度。采用热弹性理论和有限元计算设计得到过渡部3的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度，再以过渡部3的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度为已知量，采用热弹性理论和有限元计算计算底部1和焊接部2的材料组分和厚度，得到底部1、过渡部3和焊接部2的材料组分和厚度。

如图4所示，由于梯度界面等效内应力与梯度层间的硅含量差呈正比例关系，减小梯度层间的硅含量差有利于减小梯度界面的内应力，因此设置过渡部3，且过渡部3使用高硅铝合金作为材料且硅含量在底部1和焊接部2之间。如图7 所示，过渡部3的厚度设计需同时考虑过渡部3与焊接部2界面、过渡部3与底部1界面的等效内应力；如图8所示，过渡部3的硅含量设计需同时考虑过渡部3与焊接部2界面、过渡部3与底部1界面的等效内应力。

根据温度和热应力分布情况，使用热弹性理论和有限元计算方法，设计方案为使用Al-12％Si/Al-50％Si/Al-70％Si梯度材料制备高硅铝合金电子封装壳体，其中Al-12％Si合金作为焊接部2材料且厚度为2.2mm，Al-50％Si合金作为过渡部3材料且厚度为4.0mm，Al-70％Si合金作为底部1材料且厚度为1.8mm。

在另一个实施例中，过渡部3数量＞1，可依据需求设计多个硅含量梯度排列的过渡部3。例如，如图9所示，所述高硅铝合金电子封装壳体包括第一过渡部31和第二过渡部32，第一过渡部31和第二过渡部32均由高硅铝合金制成，且第一过渡部31的硅含量大于第二过渡部31的硅含量，沿着底部1至焊接部2 的方向，按高硅铝合金中硅含量从大到小的顺序连接。

S2：根据Al-12％Si/Al-50％Si/Al-70％Si梯度材料的结构要求，采用双雾化系统喷射沉积装置制胚，得到梯度材料锭坯。所述梯度材料锭坯包括连接层、过渡层和焊接层，所述连接层、过渡层和焊接层的硅含量沿着从连接层到焊接层的方向从大到小呈梯度变化。所述连接层材料为Al-70％Si合金，所述过渡层材料为Al-50％Si合金，所述焊接层材料为Al-12％Si合金。

S3：将所述梯度材料锭坯采用热等静压进行致密化处理，加热温度为500℃，保温时间为4小时，加热速率为10℃/小时，降温速率为20℃/小时。在达到预设的加热温度之前，所述梯度材料锭坯在400℃保温1小时。

S4：切割所述梯度材料锭坯，使所述梯度材料锭坯形成凹槽状；所述连接层作为底部1；所述过渡层和焊接层经过切割形成边框状，切割后的所述过渡层作为过渡部3，切割后的所述焊接层作为焊接部2。

其中底部1厚度为2.1±0.1mm，所述焊接层厚度为2.5±0.1mm，即切割得到Al-70％Si合金厚度为2.1±0.1mm，Al-12％Si合金厚度为2.5±0.1mm。由于作为过渡部3的Al-50％Si的合金厚度已在S2的沉积制坯中固定，故只需确定 Al-12％Si合金厚度和Al-70％Si合金厚度即可切割得到所需尺寸的坯料。进一步采用精雕加工得到高硅铝合金电子封装壳体。

S5：将所述高硅铝合金电子封装壳体进行退火处理，退火温度为400-440℃，保温时间为12-24小时，退火过程中在所述高硅铝合金电子封装壳体上方施加 2.5-5MPa的压力。

经检测，Al-12％Si/Al-50％Si/Al-70％Si梯度材料的表面质量良好，梯度层与层之间界面清晰，呈平直分布，具有良好的加工性能，可通过加工获得满足应用需求的高硅铝合金电子封装壳体。

本实施例3提供一种高硅铝合金电子封装壳体的制造方法，包括以下步骤：

S1：对所述高硅铝合金电子封装壳体的材料组分和厚度进行设计，参照实施例1中表1及图3，从服役条件和壳体结构出发，分析典型的高硅铝合金电子封装壳体的温度和热应力分布情况，并作为参照，采用热弹性理论和有限元计算，对所述高硅铝合金电子封装壳体进行合金组分与厚度设计。

所述高硅铝合金电子封装壳体呈凹槽状，包括底部1和侧壁，底部1和侧壁围合形成容置空间；所述侧壁包括过渡部3和焊接部2，焊接部2位于过渡部3的上方；过渡部3的高度≥0mm，当过渡部3的高度为0，则焊接部2与底部1 相连接。

依据典型的高硅铝合金电子封装壳体，预设所述高硅铝合金电子封装壳体尺寸为40×25×10mm。预设底部1为与芯片材料相同的Al-70Si合金，厚度为 2.2mm，预设焊接部2为与盖板组分相同的Al-27Si合金，将主要涉及参数简化为过渡的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度。采用热弹性理论和有限元计算设计得到过渡部3的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度，再以过渡部3的合金组分以及过渡部3和焊接部2的厚度为已知量，采用热弹性理论和有限元计算计算底部1和焊接部2的材料组分和厚度，得到底部1、过渡部3和焊接部2的材料组分和厚度。

根据温度和热应力分布情况，使用热弹性理论和有限元计算方法，设计方案为使用Al-27％Si/Al-35％Si/Al-50％Si梯度材料制备高硅铝合金电子封装壳体，其中Al-27％Si合金作为焊接部2材料且厚度为2.2mm，Al-35％Si合金作为过渡部3材料且厚度为4.2mm，Al-50％Si合金作为底部1材料且厚度为1.8mm。

S2：根据Al-27％Si/Al-35％Si/Al-50％Si梯度材料的结构要求，采用双雾化系统喷射沉积装置制胚，得到梯度材料锭坯。所述梯度材料锭坯包括连接层、过渡层和焊接层，所述连接层、过渡层和焊接层的硅含量沿着从连接层到焊接层的方向从大到小呈梯度变化。所述连接层材料为Al-50％Si合金，所述过渡层材料为Al-35％Si合金，所述焊接层材料为Al-27％Si合金。

S3：将所述梯度材料锭坯采用热等静压进行致密化处理，加热温度为500℃，保温时间为4小时，加热速率为10℃/小时，降温速率为20℃/小时。在达到预设的加热温度之前，所述梯度材料锭坯在400℃保温1小时。

S4：切割所述梯度材料锭坯，使所述梯度材料锭坯形成凹槽状；所述连接层作为底部1；所述过渡层和焊接层经过切割形成边框状，切割后的所述过渡层作为过渡部3，切割后的所述焊接层作为焊接部2。

其中底部1厚度为2.1±0.1mm，所述焊接层厚度为2.5±0.1mm，即切割得到Al-50％Si合金厚度为2.1±0.1mm，Al-27％Si合金厚度为2.5±0.1mm。由于作为过渡部的Al-35％Si的合金厚度已在S2的沉积制坯中固定，故只需确定 Al-27％Si合金厚度和Al-50％Si合金厚度即可切割得到所需尺寸的坯料。进一步采用精雕加工得到高硅铝合金电子封装壳体。

S5：将所述高硅铝合金电子封装壳体进行退货处理，退火温度为400-440℃，保温时间为12-24小时，退火过程中在所述高硅铝合金电子封装壳体上方施加 2.5-5MPa的压力。

经检测，Al-27％Si/Al-35％Si/Al-50％Si梯度材料的表面质量良好，梯度层与层之间界面清晰，呈平直分布，具有良好的加工性能，可通过加工获得满足应用需求的高硅铝合金电子封装壳体。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。