由于处理器及其他应用设备对电源与性能的需求均持续增加，而电源供应可用的印刷电路板面积通常与以前的设计相同，这使得电路板面积变得极为珍贵。因此电源供应设计者不断地寻找增加电流密度的新方式以与增加的输出电流齐步并进。其中一个创新的方法是采用先进的封装技术。

新型MOSFET封装技术──DirectFET

DirectFET 是一独特的全新 MOSFET 封装，其中硅芯片直接贴装在印刷电路板上。芯片构造类似通常用于目前 DC/DC 转换器内的 FET，其中源极与闸极接地是在芯片的一面上，而漏极接地是在另一面或基板上。(图一)的粉红表面是芯片的钝态层，用于隔绝湿气。两个大接头是源极接地，而小的接头是闸极接地。贴装到印刷电路板上的 DirectFET 的侧面图显示漏极硅透过导电与导热注银环氧（silver-filled epoxy）连至一个涂银的铜金属外层。铜金属外层围绕芯片的两面以连至印刷电路板，提供漏极接地至线路板。

《图一 DirectFET封装示意图》

提供较佳的散热效果

DirectFET 的结构本身能够提供较其他表面贴装封装更佳的冷却效果，因为它可从芯片两面透过源极与漏极接地的宽大平面面积有效散热。源极垫与印刷电路板的直接接触，促使芯片能非常有效地把因传导而在 MOSFET 管中产生的热，从芯片直接传至电路板，而无须如黏合电线或焊接点等的中间传输方法。据估计，接合点与印刷电路板间的热阻抗（Rth-jb）每瓦低于摄氏1℃，热阻抗较目前其他表面贴装封装低。

铜金属外层透过电子接地将热从漏极传导至电路板。另外，也可以运用一个散热片以更有效地冷却。DirectFET的接合点与外壳间的热阻抗是每瓦摄氏3℃。这个数值远低于那些使用塑模的 FET，例如 DPak、SO-8，或任何这些封装的各种新产物。例如，一个与 DirectFET 占相同电路板面积 的SO-8，一般而言每瓦有摄氏40℃或更高的 Rth-jc。当散热片未被使用时，DirectFET 的低Rth-jc便发挥作用。在这种情形下漏极实质上曝露在周遭空气中或气流中，因为从漏极而来的热未受塑料限制。由于其双面散热性，在目前任何MOSFET 中，DirectFET 也具有较低的总热阻抗。

在同步降压使用DirectFET封装

在一个同步降压转换器内，上层 FET 源极、下层 FET 漏极，以及输出电感都被连在一起，如(图二)所示。由于节点上的电压在Vin和接地间迅速切换，这个三点接地称为切换节点。(图三)显示使用DirectFET 时切换节点的一个布局可能性。绿色范围代表防焊（solder mask）下的印刷电路板线迹，红铜色的范围是露出铜线迹的防焊镂空（solder cutout），圆圈则是有交迭垫的通孔（via）。

《图二 同步降压转换器内的三个切换节点》

《图三 采DirectFET封装时之切换节点布局》

将防焊用在通孔上以避免焊料从DirectFET 垫上流到通孔内。金属外层两面的漏极接地被分为两个独立接地，如果该零件在插入期间稍为偏差，DirectFET也可在回流期间进行自动更正。由于 DirectFET 只可在两面上接触印刷电路板，同步 FET 的闸极与源极线迹可透过金属外层每面被垂直运作以进行接地，而不是使用通孔来链接内层。金属外层下的运作线迹也使装置的并联变得容易。

要注意，没有线迹将上层 FET 源极链接至输出电感，反而是由下层 FET 的金属外层提供这个接地，如(图四)，在电路板与DirectFET 侧面图内的红色箭头，显示上面的 FET 在导通时的电流路径（为了更清楚显示，左侧的 FET 相对于图三内布局转变了90 度方向）。电流从输入电源流向上层 FET 的金属外层，穿过上层 FET 芯片，从上层 FET 源极经由印刷电路板线迹接地流到同步 FET ，再经由同步 FET 金属外层到另一面上的印刷电路板线迹，最后从该线迹到输出电感。

《图四 电流路径侧面图》

采用金属外层之优势

金属外层相等于7 盎斯以上的铜，最大电阻（包括温度上升）为125微奥姆。金属外层因此可通过更多电流而不会影响热设计──于30A及10％工作周期下，上层 FET 传导时于同步 FET外层只额外耗散11毫瓦的功率。事实上，如果金属外层被安排为在上层 FET 与输出电感之间的路径内，它将与印刷电路板的任何线迹平行。由于在这个情形下，金属外层为沉重的铜并拥有更低的电感，大量电流将从线迹被移除。

由于不需要提供印刷电路板线迹，因此节省了不少电路板空间并得出了一个更高密度的设计。节省了的电路板面积也可被用于增加下层 FET 源极与印刷电路板间的接触面积，为同步 FET 提供更好的冷却效果，并为印刷电路板温度提高而加强散热效能。

结语

DirectFET 透过多种途径以助达到更高的电流密度。首先，漏极的热曝露使封装的总热阻抗较低，因此 FET 能加强印刷电路板上的散热效率；第二，使用DirectFET 的金属外层以消除上层 FET 与输出电感间的印刷电路板线迹，结果是用于既定设计的电路板面积更小，因此增加密度；第三，因使用 DirectFET 以进行接地所节省的电路板面积可被用于更多印刷电路板铜以冷却下层FET的源极或漏极，再次加强印刷电路板的散热效率（以及更高的输出电源）。在以IC设计的角度思考让电子产品内的电源组件更节省空间之余，先进的封装技术亦是加速实现高整合度电源管理设计的有效率方法之一。

（作者任职于International Rectifier）