随着每一代新处理器的出现，对为处理器提供电源的同步降压变换器的要求也变得越来越高。为满足处理器在大工作电流和快速瞬态响应时间等方面的要求，此类同步降压变换器已经发展成为复杂的高频多相解决方案。现在的许多应用中，工作电流可超过100 A。因此，设计人员必须处理前所未有的且仍在不断增长的大电流和功率密度，同时还必须满足不断缩小的系统尺寸和不断降低的成本要求。电源变换器设计人员所面临的这些挑战进而转变为对变换器中所使用的功率半导体器件的要求。简单来说，这些要求包括：尽量减小传导和开关损失，同时降低热阻，并且支持进一步降低系统成本。所以，功率半导体器件制造商必须开发新型MOSFET器件才能满足这些要求。

直到最近，关注的焦点还主要集中在降低与硅晶体相关的损失方面。然而，在取得巨大进步的同时，已经出现了这样的现象，与封装相关的损失开始抵消了硅晶体性能的改善。因此，市场上出现了许多新型的 "SO-8克隆型"封装。这些封装与SO-8的外形完全一样，但性能有了改善。所有此类SO-8克隆型的新封装都降低了器件到PCB的热阻，国际整流器公司(IR)开发的DirectFET功率MOSFET提供了从PCB和器件向上散热的途径。DirectFET技术大大降低了封装电阻、封装电感，同时还大大降低了从MOSFET结到系统周围环境的热阻。

在DirectFET技术的开发过程中，对所有与封装相关的元素都进行了优化，并且去除了那些增加成本但功能不必要的部分。当然，所有这些都必须保证封装的可靠性以及与现有电路板表面安装组装设备的兼容性。如图1所示，DirectFET技术在前面采用了可焊接金属材料以及专有的环氧树脂钝化系统，使片芯表面的栅极和源极焊盘可直接焊接到电路板上。片芯键合到一个铜夹片上，它可将片芯背面的漏极触点转移到片芯前面的栅极和源极触点所在的同一平面上。

芯片封装中唯一产生电阻的元素是串联的漏极铜夹片和片芯附着材料，因此，DirectFET技术在没有片芯时的封装阻抗仅有100mW，而Rds(on)小于2mW。标准的丝焊SO-8封装在没有片芯时的封装阻抗达1.6mW，根本不可能制成Rds小于2mW的器件。

封装的电感值也大大降低了。去除丝焊引线并简化电流路径(例如，消除了高电感的引线框引线)使封装电感从2nH(SO-8)降到了0.5nH (DirectFET)。更低的封装电感值支持变换器工作在更高的频率并且达到更高的效率。

DirectFET技术中采用的结构和材料还为SO-8克隆型封装提供了崭新的功能：双面冷却能力。大多数SO-8克隆型新器件都降低了半导体结和印刷电路板间的热阻。国际整流器公司(IR)认识到，在许多应用，电路板已经是热饱和了，因此通过提供封装顶部的散热途径将可支持更大的功率密度。图2显示了DirectFET和SO-8封装在MOSFET结到PCB之间和结到封装顶部之间的热阻对比情况。

封装性能方面的所有改善都意味着系统设计人员最终设计的性能提升。然而，人们希望这些改善并不会以牺牲可靠性为代价。

对于任何新封装来说，最主要的问题是其在热循环情况下的性能。热循环导致封装中应力的产生，这是由于采用的不同材料具有不同的热膨胀系数。这种重复性或循环式的应力效应通常会发生在材料间的界面处，而通常引起问题的两个界面就是片芯附着界面和电路板附着界面。在图3中突出显示了这两个区域。在大多数情况下，问题最后总是表现为用来连接两个表面的材料出现裂纹或者是变得疲劳。此类界面所出现的问题会增大电阻和热阻，从而导致系统效率的降低，并且最终会随着器件过热而导致系统故障。

因此，新封装的设计和材料选择必须非常仔细，才能使疲劳效应降到最小。在DirectFET MOSFET中，去除了引线接合和塑料封装，从而减少了两个不增加价值的界面。DirectFET技术在-40 C至 +125 C的温度范围内经过了充分的电路板安装温度循环实验。在经过超过1000个循环的情况下，Rds(on)的最大变化仍低于300mW。导通电阻能够达到如此低的变化是因为对片芯金属和器件外形进行了优化。图4显示了采用DirectFET技术的一个器件的焊盘外形。

从图4中可以看到，外边的焊盘比"里面"的焊盘面积相同或稍大。这样做的好处是容易受到焊接疲劳效应影响的较小焊盘被较大的外边焊盘固定在电路板上。此外，考虑到热膨胀系数的不匹配，较小的焊盘被特意安排在更靠近中性点的地方，在对称封装中，这通常位于封装的中心位置。正是这一设计，包括相对的焊盘尺寸，以及相对于中性点的位置，使采用DirectFET技术的MOSFET在热循环条件下最终能够获得很小的电阻变化数值。许多其它SO-8克隆型封装都在封装外缘布置最小的焊盘，或者在偏离封装中性点的位置放置小的焊盘，这些都会增加这些地方的应力。

对于DirectFET技术在电路板弯曲情况下的性能也给予了充分的考虑。在某种程度上，电路板的物理弯曲会对器件封装的同样单元产生与焊接热循环类似的效应。当然，就对处于弯曲部位的器件所产生的挠曲程度来说，电路板弯曲更为激烈，因此所产生的应力水平也更大。通常是根据IEC 60068-2-21:1999(端接和集成安装器件强度规范)来测试安装在电路板下面的器件对电路板弯曲的敏感程度的。这组规范包含的一组测试原是用来了解电路板弯曲对陶瓷电容器的影响的。在我们的实验上采用了几乎同样面积的陶瓷电容器做为DirectFET器件的对照。图5给出了一项测试的照片，其中DirectFET器件安装在受测试电路板弯曲部分的下方。即使在图中所示的弯曲程度下，图中DirectFET器件仍然在数据手册参数范围内正常工作。

在施加同样的弯曲半径时，DirectFET器件发生故障时的弯曲程度至少是陶瓷电容器发生故障时的两倍。

本文总结了DirectFET技术发展带来的性能提高，同时还表明这一性能的提升并没有牺牲结构的可靠性。DirectFET技术目前有20V和30V的N沟道产品。例如，两款20V产品IRF6601 和 IRF6602是针对桌面和其它工作在12V总线电压的同步降压电路而设计的。30V IRF6603和IRF6604产品则针对笔记本CPU电源变换器而设计，而IRF6607在高达2 MHz的开关频率下展示了很高的效率(请参考2002功率系统全球会议(2002 Power Systems World conference)论文)。在一个效率超过80%的多相同步降压变换器设计中，单对DirectFET器件展示了每相承载高达30A电流的实力。