降低封装的热阻抗

    此前，研发工程师一直只关注与硅片有关的损耗。现在人们发现与封装有关的损耗足以影响芯片的性能，市场上开始出现各种新型封装，这些产品几乎都是SO-8的“克隆”产品，即外部尺寸与标准的SO-8大致相同，但性能却有所提高。这些封装都可降低器件到PCB的热阻抗，而国际整流器公司(IR)开发的DirectFET功率MOSFET技术提供了一种改进的远离PCB的散热路径。DirectFET从根本上降低了封装的阻抗及感抗，同时大幅降低了从MOSFET节点到系统环境之间的热阻抗。

    DirectFET技术对封装结构进行了合理的改进，去除了那些既增加成本又没有重要作用的结构。不过在改进时必须保持封装的可靠性，并能使用现有的表面贴装设备。DirectFET技术将裸片与可焊接的金属片以及专用的环氧钝化(epoxy passivation)系统黏合在一起，使裸片表面的栅极和源极焊盘可直接焊接到电路板上。该裸片邦定在一个铜夹片中，将原来位于裸片背面的漏极接触点转移到裸片的正面，与栅极和源极连接点在同一平面上。

    在DirectFET技术中与硅片串接的阻性构件只有漏极夹片，裸片黏合材料阻抗仅为100μΩ，使源-漏极间的导通电阻(Rds(on))小于2 mΩ。而采用标准线邦定(wirebonded)的SO-8不包括裸片时的封装阻抗为1.6 mΩ，根本不可能得到小于2 mΩ的Rds(on)。

    DirectFET技术也大大降低了封装的电感效应。由于去除了线邦定并简化了电流路径(例如，没有可产生高电感的引脚)，电感量从采用SO-8封装时的2nH降低到采用DirectFET技术时的0.5nH。较低的封装电感可以实现在提高工作频率的同时提高转换效率。

    DirectFET技术采用的结构和材料为SO-8“克隆”封装增加了一个双面冷却的效果。多数SO-8“克隆”器件降低了硅片节点与PCB之间的热阻抗，而IR的设计工程师意识到，在大多数情况下由于电路板已经过热，因此从芯片封装的顶部散热可以实现更高的电源密度。

提高器件的机械可靠性

    对于任何一种新型封装，必须注意它在热循环条件下的性能。由于所用的不同材料的热膨胀系数不同，经过热循环时便会在封装上产生应力。这种重复或循环的应力通常发生在材料间的接触面上，而最容易引发问题的是裸片结合面和电路板结合面。在多数情况下这些应力会使这两个接触面的邦定材料出现断裂或产生疲劳损坏，从而增加电气阻抗和热阻抗并降低系统效率，甚至在器件过热时引发故障。

    因此，在选择新型封装材料和设计时必须谨慎，尽量避免发生疲劳损坏。在DirectFET MOSFET中，我们去除了并没有什么作用的线邦定和塑料封装的两个接触面。DirectFET技术经过了各种电路板装配温度循环测试，测试温度在-40℃到+125℃之间。在100次循环中，源-漏极导通电阻Rds(on)的最大漂移低于300μΩ。

    由于小焊盘更容易受焊接疲劳损坏的影响，因此用大焊盘将小焊盘固定在电路板上。此外，考虑到热膨胀系数的不同，设计时我们有意将小焊盘靠近封装的中心点。正是因为考虑了焊盘尺寸以及与中心点的位置关系，该设计才能获得较低的阻抗漂移数据。

   此外，IR还特别考虑了DirectFET技术在电路板弯曲下的性能。在某种程度下，电路板的物理弯曲对电子器件封装的影响与热循环相似。不过，电路板弯曲对部件局部产生的扭曲和应力更大。在抗折弯性能的测试实验中，采用了与DirectFET器件面积大致相同的陶瓷电容与之对比，测试结果表明即使较大的弯曲程度，DirectFET器件的性能参数仍然符合规范要求，对两种产品采用相同的折弯半径，DirectFET器件所能承受的扭曲程度至少为陶瓷电容的两倍。