CN112289761A - 一种功率模块封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种功率模块封装结构及其制造方法，该功率模块封装结构包括：至少一个功率芯片；封装外壳，其具有用于容纳绝缘冷却液和功率芯片的腔体；以及冷却液入口和冷却液出口，其设置于该封装外壳上并与该腔体连通；其中，该功率芯片通过位于其下表面的下表面金属柱固定支撑在该腔体的底壁上方，该功率芯片通过该下表面金属柱与外部电路电性连接。通过该封装结构，能够将功率芯片直接全部浸没在绝缘冷却液中，热量能够在功率芯片的所有表面上耗散，增加了散热路径，解决了高密度功率模块的散热问题。

Description

一种功率模块封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及功率半导体封装领域，并且更具体地，涉及一种功率模块封装结构及其制造方法。
背景技术
为了满足电动汽车降低能耗、延长续航里程的要求，电驱动系统的绝缘栅双极晶体管(Insulated-Gate Bipolar Transistor，简称“IGBT”)模块的功率密度越来越高。IGBT模块体积减小、功率增大，在更小的空间产生更多的热量，致使功率模块散热成为一个技术难题。传统的焊接结构功率模块，芯片上表面被导热能力差的硅胶或者环氧树脂覆盖，芯片产生的热量只能通过芯片下表面、衬板、基板、散热器的一维路径传递，功率模块的基板和散热器之间涂有导热硅脂。然而，导热硅脂的导热系数远低于散热器和基板材料的导热系数，成为高功率密度IGBT模块散热的瓶颈所在。
为了进一步解决功率模块的散热问题，开发出了Pin-fin结构的焊接结构模块和双面散热模块。带Pin-fin结构的焊接式模块仅仅消除了导热硅脂这一瓶颈，但是散热路径和传统焊接结构的模块没有区别，仍然只有一条散热路径，散热效率不高。与之相反，双面散热功率模块，通过增加一个衬板，虽然增加了芯片上表面、铜柱、衬板、散热器的散热通道，但是上下两个衬板与散热器之间的导热硅脂层依然存在，并且芯片上表面到上衬板的距离较大，热阻较高，散热效率提高不够明显。
宽禁带半导体器件如SiC MOSFET等，芯片的尺寸更小，SiC功率模块的功率密度比IGBT模块更高，散热问题更加突出。而功率模块的散热问题与其可靠性密切相关，产生的热量不能及时散出，极易造成功率模块过温失效。因此，有必要提出一种高效散热的直接液冷功率模块封装结构及制造方法。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种功率模块封装结构及其制造方法，采用直接液冷的方式，消除传统功率模块和其散热系统的硅胶、环氧树脂以及导热硅脂，将整个芯片完全浸没在绝缘导热的冷却液中，增加了散热路径，大幅度降低了芯片到环境的热阻，解决了高密度功率模块的散热问题。
第一方面，本申请提供了一种功率模块封装结构，其包括：至少一个功率芯片；封装外壳，其具有用于容纳绝缘冷却液和功率芯片的腔体；以及冷却液入口和冷却液出口，其设置于该封装外壳上并与该腔体连通；其中，该功率芯片通过位于其下表面的下表面金属柱固定支撑在该腔体的底壁上方，该功率芯片通过该下表面金属柱与外部电路电性连接。通过该封装结构，能够将功率芯片直接全部浸没在绝缘冷却液中，热量能够在功率芯片的所有表面上耗散，增加了散热路径，解决了高密度功率模块的散热问题。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该功率芯片的上表面和该腔体的顶壁之间通过上表面金属柱固定支撑。通过该实施方式，使得能够将功率芯片的上下表面均通过金属柱支撑和连接，增大了与冷却液的接触面积，并形成湍流效果，进一步增强芯片表面的散热。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该封装外壳包括上电极壳体组件和下电极壳体组件，二者密封式组合形成其中的腔体。
在第一方面的一个可能的实施方式中，所述上电极壳体组件包括板状的上壳体和板状的上衬板，所述下电极壳体组件包括槽状的下壳体和板状的下衬板，该冷却液入口和该冷却液出口均设置在该下壳体上；该上壳体、该下壳体、该上衬板和该下衬板组合形成该腔体；其中，该上衬板包括第一陶瓷层和第一覆铜层，该第一陶瓷层的下表面布置该第一覆铜层，该第一陶瓷层的上表面抵接上壳体的下表面，第一覆铜层与上表面金属柱固定连接；该下衬板包括第二陶瓷层和第二覆铜层，该第二陶瓷层的上表面布置该第二覆铜层，所述第二陶瓷层的下表面抵接所述腔体的底壁下壳体的槽底面；，所述下表面金属柱与所述第二覆铜层固定连接。通过该实施方式，省略了衬板背面的覆铜层，降低功率模块的成本。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该第一覆铜层连接发射极端子和控制端子，该第二覆铜层连接集电极端子。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该上壳体的下表面设置有至少一个凸起，以便在该上壳体和该下壳体通过密封式结合时压紧该第一陶瓷层。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该上电极壳体组件包括上金属电极，下电极壳体组件包括下金属电极以及中间壳体，上金属电极、中间壳体以及下金属电极三者密封式组合形成该腔体，该冷却液入口和该冷却液出口均设置在该中间壳体上；其中，该功率芯片的下表面通过该下表面金属柱固定支撑在该下金属电极的上表面上，该功率芯片的上表面通过该上表面金属柱固定支撑该上金属电极的下表面，该上金属电极和该下金属电极均连接外部电路。通过该实施方式，直接使用金属电极作为外壳的一部分，同时省略了衬板的陶瓷层，降低功率模块的成本。
在第一方面的一个可能的实施方式中，金属柱与该上金属电极的下表面之间镀有Ni层和Ag层，且该金属柱与该下金属电极的上表面之间镀有Ni层和Ag层。通过该实施方式，能够有利于金属柱与金属电极的焊接或烧结。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该功率芯片组件还包括键合线，其用于键合连接该功率芯片的上表面和该腔体的顶壁，该功率芯片的上表面通过该键合线与外部电路电连接。通过该实施方式，采用键合线连接功率芯片和上衬板覆铜层，降低成本。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该上表面金属柱和下表面金属柱由铜、AlSiC或铜钼铜制成，截面形状为圆形、矩形或正多边形。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该上壳体由高分子树脂材料或者陶瓷材料制成，该下壳体由铝合金、铜合金或钢制成。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该第一陶瓷层和该第二陶瓷层由Al2O3、AlN和Si3N4或SiC材料制成。
在第一方面的一个可能的实施方式中，该绝缘冷却液为氟化液、硅油或矿物油中的一种或多种的组合。
在第一方面的一个可能的实施方式中，至少一个该功率芯片为IGBT芯片、MOSFET芯片、二极管芯片或者三极管芯片中的一种或多种。
第二方面，本申请还提供了一种第一方面及其任一种可能的实施方式中的功率模块封装结构的制造方法，包括如下步骤：步骤1、将该下表面金属柱固定支撑在该功率芯片的下表面和该腔体的底壁之间，并使该功率芯片的上表面与该腔体的顶壁电性连接；步骤2、密封该封装外壳，以在其中形成所述腔体；步骤3、通过该冷却液入口和该冷却液出口对该腔体抽真空；以及步骤4、通过该冷却液入口对抽真空后的该腔体中注入该绝缘冷却液，使其充满该腔体。
在第二方面的一个可能的实施方式中，步骤1具体包括：在上衬板和下衬板上分别焊接或烧结该上表面金属柱和下表面金属柱；将发射极端子和控制端子焊接或烧结于该上衬板上，并将集电极端子焊接或烧结于该下衬板上；将所述上表面金属柱和所述下表面金属柱分别焊接或烧结在所述功率芯片的上表面和下表面上；将形成的结构放置于下壳体的槽底面上，上壳体和上衬板组成上电极壳体组件，下壳体和下衬板组成下电极壳体组件；
或者，步骤1具体包括：将该上表面金属柱和下表面金属柱分别焊接或烧结于上金属电极和下金属电极上；将该上表面金属柱和下表面金属柱分别焊接或烧结在该功率芯片的上表面和下表面上。
本申请提供的功率模块封装结构及其制造方法，相较于现有技术，具有如下的有益效果：
1)将冷却液密封在功率模块的壳体内部，芯片各个表面完全浸没在冷却液中，直接消除了芯片与环境的热阻，增强了散热效率；
2)在芯片的上表面使用金属柱取代键合线实现电气连接，功率模块的载流能力更强，功率循环的可靠性更高；
3)芯片上下表面均采用金属柱进行连接，金属柱的存在使芯片各个表面暴露于冷却液中，金属柱表面与冷却液接触，间接增大了芯片表面与冷却液的接触面积，此外，金属柱还增强了冷却液的湍流，进一步使散热能力增强；
4)使用冷却液取代了传统功率模块的硅胶和环氧，直接消除了芯片表面到冷却液的热阻，实现了近结散热；
5)由于冷却液不仅可以导热还可以绝缘，于是可以消除环氧和硅胶，从而功率模块制造过程中的转模工艺和灌胶工艺可以被取代，使功率模块的制造工艺变得简单；
6)功率模块在制造过程中使用的衬板背面不需要覆铜，或者不需要衬板的陶瓷层，可以降低功率模块的成本。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了根据本发明实施例的功率模块封装结构的结构示意图；
图2显示了根据本发明另一实施例的功率模块封装结构的结构示意图；
图3显示了根据本发明实施例的功率模块封装结构的制造方法的示意性流程图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
附图标记清单：
100-封装外壳；110-腔体；120-上壳体；130-下壳体；140-上金属电极；150-下金属电极；160-中间壳体；210-冷却液入口；220-冷却液出口；310-功率芯片；321-上表面金属柱；320-下表面金属柱；330-上衬板；331-第一陶瓷层；332-第一覆铜层；340-下衬板；341-第二陶瓷层；342-第二覆铜层；350-发射极端子；360-控制端子；370-集电极端子。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1和图2为本申请实施例的功率模块封装结构的结构示意图。如图1和图2所示，该功率模块封装结构包括封装外壳100、冷却液入口210、冷却液出口220、至少一个功率芯片310以及下表面金属柱320。
具体地，该封装外壳100具有用于容纳绝缘冷却液和功率芯片310的腔体110，冷却液入口210和冷却液出口220均设置在该封装外壳100上并与内部的腔体110连通，以形成绝缘冷却液从冷却液入口210流入，经由腔体110，最后通过冷却液出口220流出的冷却液流通路径(如图中的箭头所示)；通过使用冷却液，一方面取代传统功率模块的硅胶和环氧，直接消除了芯片表面到冷却液的热阻，实现了近结散热；另一方面由于冷却液不仅可以导热还可以绝缘，可以消除环氧和硅胶，从而使得该功率模块的制造过程中的转模工艺和灌胶工艺可以被取代，使功率模块的制造工艺变得简单。
在装配状态下，该封装外壳100可以包括上电极壳体组件和下电极壳体组件，二者能够密封式结合以在其中形成该腔体110。
此外，功率芯片的组件固定设置在腔体110内部，包括功率芯片310以及设置在功率芯片310表面的下表面金属柱320，其中，该下表面金属柱320能够固定支撑在功率芯片310的下表面和腔体110的底壁之间并且功率芯片310能够通过下表面金属柱320与外部电路电性连接，从而将该功率芯片310支撑在腔体110内部且不与腔体任意侧壁接触，使得功率芯片310完全浸没在绝缘冷却液中，其所有表面都能够散热，直接消除了芯片与环境的热阻，增加了散热路径，提高了散热效率。
具体地，芯片在工作工程中产生的热量直接与绝缘冷却液进行对流传热，将热量传递给冷却液，温度较高的冷却液通过功率模块冷却液出口220到达外部的换热器，然后被冷却的冷却液再通过冷却液入口210进入功率模块的腔体110中，如此往复循环，直接对芯片进行冷却。
应理解，本文中的“绝缘冷却液”必须是导热性能和绝缘性能都比较好的液体，例如氟化液、硅油或矿物油中的一种或多种的组合。
本发明适用IGBT芯片、MOSFET芯片和二极管等功率芯片的封装，即至少一个功率芯片可以为IGBT芯片、MOSFET芯片、二极管芯片或者三极管芯片中的一种或多种(例如图1中左侧芯片为二极管芯片，右侧芯片为IGBT芯片)，并且适用于单开关、半桥、四单元和六单元等拓扑。
实施例1
图1为本申请的实施例1中的功率模块封装结构的结构示意图。如图1所示，在装配状态下，该功率模块封装结构的封装外壳100的上电极壳体组件包括上壳体120和上衬板330，下电极壳体组件包括下壳体130和下衬板340，其中，上壳体120为板状结构，下壳体130为槽状结构，冷却液入口210和冷却液出口220均设置在下壳体130上，上壳体120盖合在下壳体130的开口并且通过螺钉实现密封式紧固连接。
优选地，在上壳体120和下壳体130的结合处还设置有密封圈(图中未显示)，以进一步地加强腔体110的密封性，防止绝缘冷却液泄漏。
在该实施例中，功率芯片的组件可以包括功率芯片310、分别固定设置在该功率芯片310上下表面上的上表面金属柱321和下表面金属柱320，上壳体120的下表面、下壳体130的槽底面及槽侧面、所述上衬板330和下衬板340一起构成本申请的外壳内的腔体110；其中，上表面金属柱321连接功率芯片310的上表面和腔体110顶部的上衬板330，下表面金属柱320连接功率芯片310的下表面和腔体110底部的下衬板340。在将该功率芯片的组件固定放置于腔体110中时，上壳体120的下表面与上衬板330的上表面在上表面金属柱321的内部支撑力的作用下相互抵接，下衬板340的下表面与抵接下壳体130的槽底面在下表面金属柱320的内部支撑力的作用下相互抵接。
具体地，上衬板330包括第一陶瓷层331和第一覆铜层332，第一陶瓷层331的上表面抵接上壳体120的下表面，第一陶瓷层331的下表面上覆盖有第一覆铜层332，且设置在功率芯片310的上表面的上表面金属柱321的另一端连接第一覆铜层332的下表面(即远离第一陶瓷层331的表面)；下衬板340包括第二陶瓷层341和第二覆铜层342，第二陶瓷层341的下表面接触下壳体130的槽底面，上表面则覆盖有第二覆铜层342，且设置在功率芯片310的下表面的下表面金属柱320的另一端连接第二覆铜层342的上表面(即远离第二陶瓷层341的表面)。通过这种方式，使得功率芯片310被上表面和下表面的金属柱固定支撑在腔体110中间。
此功率模块的制造主要应用了焊接或者烧结工艺和粘结工艺。在功率模块封装结构的制造过程中，首先通过焊接或者烧结的方式，将下表面金属柱320焊接或者烧结于下衬板340，将上表面金属柱321焊接或者烧结于上衬板330，接着将发射极端子350、控制端子360焊接或者烧结于上衬板330的第一覆铜层332上，将集电极端子370焊接或者烧结于下衬板340的第二覆铜层342上，然后将功率芯片310的下表面焊接或者烧结到与第二覆铜层342连接的下表面金属柱320上，再将连接第一覆铜层332的上表面金属柱321焊接或烧结到功率芯片310的上表面。将烧结或者焊接的整个结构水平放置于下壳体130的槽底面，使下衬板340的第二陶瓷层341放置在下壳体130的槽底面上，上下壳体之间通过密封圈和螺钉实现密封式紧固连接。接着通过冷却液入口210和冷却液出口220，对功率模块内部腔体110抽真空，最后将冷却和绝缘能力较强的冷却液充入整个腔体中，完成整个功率模块的封装。
优选地，在该第一覆铜层332的下表面的至少连接上表面金属柱321的区域镀有Ni层和Ag层(Ni层镀在覆铜层上，Ag层镀在Ni层上)，在该第二覆铜层342的上表面的至少连接下表面金属柱320的区域镀有Ni层和Ag层(Ni层镀在覆铜层上，Ag层镀在Ni层上)，通过这种方式，能够有利于焊接或烧结工艺的进行。
在优选的实施方式中，在上壳体120的下表面还形成有至少一个凸起结构(图中未显示)，当螺钉紧固之后，上壳体120的凸起结构向下压靠上衬板的第一陶瓷层331，从而可以固定模块的内部结构。
应当理解，在设计金属柱的尺寸时，应当使得焊接或烧结后的功率芯片的组件(包括功率芯片、上衬板和下衬板)能够恰好支撑在腔体110中，这需要金属柱、上衬板330、下衬板340以及腔体110在高度上或厚度上的配合，本文在此不作限定。
在该实施例中，芯片上下两个表面使用金属柱取代传统功率模块的键合线实现电连接，可靠性比传统的键合线更高。由于芯片的上下表面都是金属柱连接，芯片更多的表面直接与冷却液接触，散热能力更好。同时，芯片上下表面的金属柱一方面增加了与冷却液的接触面积，另外一方面也形成了湍流的效果，进一步增强了芯片表面的散热。此外，功率模块在制造过程中使用的上衬板和下衬板只需要单面覆铜，可以降低功率模块的制造成本。
优选地，本实施例中的上壳体120可以由高分子树脂材料或者陶瓷材料制成，下壳体130可以由铝合金、铜合金或钢制成。
优选地，本实施例中的第一陶瓷层331和第二陶瓷层341可以由Al2O3、AlN和Si3N4或SiC材料制成。
优选地，本实施例中的金属柱的截面形状可以呈圆形、矩形或正多边形，并且其可以由铜、AlSiC或铜钼铜制成。
优选地，为进一步使得该功率芯片组件300固定在腔体中，可以使得下衬板340的第二陶瓷层342的宽度等于腔体110的宽度(即图1中的左右方向的长度)。
可选地，该功率模块封装结构可以呈多种不同的形状，如圆柱形、长方体形或立方体形。
在优选的实施方式中，该功率芯片310的上表面与上衬板330的第一覆铜层332之间也可以通过键合线实现电连接(芯片下表面依然采用下表面金属柱320进行支撑)，这样也能够实现功率芯片310在所有表面利用冷却液散热的效果。在这种情况下，为了保证上衬板330固定设置于上壳体120上，可以选择使用本领域已知的各种适当的连接手段，例如胶黏剂粘结、螺钉或螺栓连接等。
实施例2
图2为本申请提供的另一实施例的功率模块封装结构的示意图。如图2所示，该功率模块封装结构的上电极壳体组件包括上金属电极140，下电极壳体组件包括下金属电极150以及中间壳体160，其中，上金属电极140和下金属电极150均呈板状结构并能够直接连接外部电路，冷却液入口210和冷却液出口220均设置在中间壳体160上，三者密封式组合形成本申请的腔体110。
在该实施例中，功率芯片的组件也可以包括功率芯片310以及固定设置在该功率芯片310上表面上的上表面金属柱321和下表面金属柱320。
在制造该实施例中的功能模块封装结构时，在上金属电极140和下金属电极150上分别焊接或者烧结上表面金属柱321和下表面金属柱320，同时将控制端子360烧结或者焊接到功率芯片310的上表面，然后将功率芯片310的下表面焊接或者烧结到下金属电极150的下表面金属柱320的一端上，将上金属电极140的上表面金属柱321的一端烧结到功率芯片310的上表面，使用中间壳体160将上述结构密封。中间壳体160与金属电极以及控制端子接触的位置使用密封胶进一步密封。通过冷却液入口210和冷却液出口220，将内部腔体抽成真空，然后在腔体内充满冷却液。
优选地，在该上金属电极140的下表面的至少连接上表面金属柱320的区域镀有Ni层和Ag层(Ni层镀在覆铜层上，Ag层镀在Ni层上)，在该下金属电极150的上表面的至少连接下表面金属柱320的区域镀有Ni层和Ag层(Ni层镀在覆铜层上，Ag层镀在Ni层上)，通过这种方式，能够有利于焊接或烧结工艺的进行。
应理解，如实施例1，在优选的实施方式中，该功率芯片310的上表面与上金属电极140之间也可以通过键合线实现电连接(芯片下表面依然采用下表面金属柱320进行支撑)，这样也能够实现功率芯片310在所有表面利用冷却液散热的效果。
本文中，上金属电极140和下金属电极150的电极材料可以采用本领域内公知的各种适当材料，优选为铜电极。
另外地，本申请还提出了一种制造本申请实施例1和2的功率模块封装结构的方法，该方法包括如下步骤：
S410、将该金属柱固定支撑在该功率芯片的下表面和该腔体的底壁之间，并使该功率芯片的上表面与该腔体的顶壁电性连接；
S420、密封该封装外壳，以形成其中的腔体；
S430、通过该冷却液入口和该冷却液出口对该腔体抽真空；以及
S440、通过该冷却液入口对抽真空后的该腔体中注入该绝缘冷却液，使其充满该腔体。
上文已经结合该封装结构的具体结构对S410～S440进行了详细的说明和解释，本文在此不再赘述。
综上，本文的提出的浸没式直接液冷的功率模块结构，其芯片的上下前后左右各个表面直接浸没于导热能力和绝缘能力较强的冷却液中，芯片直接与冷却液进行对流传热，散热的效率更高；采用金属柱取代传统键合线，芯片的上下表面都采用金属柱进行连接，金属柱不仅可以实现电气连接，还可以充当散热结构，增大了芯片与冷却液的换热面积，金属柱还可以使冷却液实现紊流，增强散热效果；导热和绝缘能力强的冷却液取代传统功率模块的硅胶和环氧，密封在壳体内部的冷却液不仅可以导热，还实现了内部的绝缘。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种功率模块封装结构，其特征在于，包括：
至少一个功率芯片；
封装外壳，其具有用于容纳绝缘冷却液和所述功率芯片的腔体；以及
冷却液入口和冷却液出口，其设置于所述封装外壳上并与所述腔体连通；
其中，所述功率芯片通过位于其下表面的下表面金属柱固定支撑在所述腔体的底壁上方，所述功率芯片通过所述下表面金属柱与外部电路电性连接。
2.根据权利要求1所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述功率芯片的上表面和所述腔体的顶壁之间通过上表面金属柱固定支撑。
3.根据权利要求2所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述封装外壳包括上电极壳体组件和下电极壳体组件，二者密封式组合形成其中的所述腔体。
4.根据权利要求3所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述上电极壳体组件包括板状的上壳体和板状的上衬板，所述下电极壳体组件包括槽状的下壳体和板状的下衬板，所所述冷却液入口和所述冷却液出口均设置在所述下壳体上；所述上壳体、所述下壳体、所述上衬板和所述下衬板密封式组合形成所述腔体；
其中，所述上衬板包括第一陶瓷层和第一覆铜层，所述第一陶瓷层的下表面布置所述第一覆铜层，所述第一陶瓷层的上表面抵接所述上壳体的下表面，所述第一覆铜层与所述上表面金属柱固定连接；
所述下衬板包括第二陶瓷层和第二覆铜层，所述第二陶瓷层的上表面布置所述第二覆铜层，所述第二陶瓷层的下表面抵接所述下壳体的槽底面，所述下表面金属柱与所述第二覆铜层固定连接。
5.根据权利要求3所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述上电极壳体组件包括上金属电极，所述下电极壳体组件包括下金属电极以及中间壳体，所述上金属电极、所述中间壳体以及所述下金属电极三者密封式组合形成所述腔体，所述冷却液入口和所述冷却液出口均设置在所述中间壳体上；
其中，所述功率芯片的下表面通过所述下表面金属柱固定支撑在所述下金属电极的上表面上，所述功率芯片的上表面通过所述上表面金属柱固定支撑所述上金属电极的下表面，所述上金属电极和所述下金属电极均连接外部电路。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述上表面金属柱和所述下表面金属柱由铜、AlSiC或铜钼铜制成；
所述上表面金属柱和所述下表面金属柱的截面形状为圆形、矩形或正多边形。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述绝缘冷却液为氟化液、硅油或矿物油中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块封装结构，其特征在于，至少一个所述功率芯片为IGBT芯片、MOSFET芯片、二极管芯片或者三极管芯片中的一种或多种。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的功率模块封装结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将所述下表面金属柱固定支撑在所述功率芯片的下表面和所述腔体的底壁之间，并使所述功率芯片的上表面与所述腔体的顶壁电性连接；
步骤2、密封所述封装外壳，以在其中形成所述腔体；
步骤3、通过所述冷却液入口和所述冷却液出口对所述腔体抽真空；以及
步骤4、通过所述冷却液入口对抽真空后的所述腔体中注入所述绝缘冷却液，使其充满所述腔体。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，步骤1具体包括：
在上衬板和下衬板上分别焊接或烧结上表面金属柱和下表面金属柱；
将发射极端子和控制端子焊接或烧结于所述上衬板上，并将集电极端子焊接或烧结于所述下衬板上；
将所述上表面金属柱和所述下表面金属柱分别焊接或烧结在所述功率芯片的上表面和下表面上；
将形成的结构放置于下壳体的槽底面上，上壳体和所述上衬板组成上电极壳体组件，下壳体和所述下衬板组成下电极壳体组件；
或者
将上表面金属柱和下表面金属柱分别焊接或烧结于上金属电极和下金属电极上；
将所述上表面金属柱和所述下表面金属柱分别焊接或烧结在所述功率芯片的上表面和下表面上。
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