主板供电电路新星DirectFET MOSFET
探秘DirectFET MOSFET
DirectFET是由国际整流器(IR)公司推出一种的全新封装技术，从外观上来看，采用Di rectFET封装技术的MOSFET完全颠覆传统MOSFET的封装形式，并没有采用其它封装形式常用的塑封壳，而是采用铜金属外壳覆盖。其次，DirectFET封装给人直观的感觉就是小，从对比图上可以看到，其占用面积比TO252小多了，与SO-8 MOSFET相当，而厚度只有0.646毫米，仅与0805电阻相当。同时我们可以注意到，与其它MOSFET相比，采用DirectFET封装的MOSFET没有引脚，DirectFET封装采用直接芯片粘贴，没有线压焊或者引线框，大大降低了封装感抗和封装阻抗。与SO-8相比，封装阻抗减少了90%以上，而封装电感也从SO-8时候的2nH减到了0.5nH，寄生效应明显减弱，这都为减少损耗提供了重要保证。
DirectFET MOSFET实物拍摄
从左到右依次为TO252 MOS FET、SO-8 MOS FET以及IRF6612、IRF6709两种DirectFET MOSFET
位于中间的DirectFET MOSFET比其它MOSFET薄不少
再来看看它的内部，从MOSFET的内部架构图上来看，由于传统的MOSFET用一个塑封壳将漏极、硅片和源极接触的地方包装起来，因此厂商只能通过在焊线到硅芯片之间增加铜片来加大接触面积导热，或在漏极与PCB之间增加金属垫将热量传导到PCB上散发出去。而DirectFET封装和传统封装完全不同，漏极裸露的铜片通过两边的焊盘和PCB连接在一起，和PCB有很大的接触面积，利于传导电流。同时由于DirectFET外壳全部采用铜片，没有传统的塑料外壳，底部依然可以透过PCB散热，而顶部由于表层良好的空气流通性可以快速散热，实现双面冷却效果。
MOSFET结构对比
接下来，我们将从理论上去分析DirectFET是如何更好地解决散热问题。MOSFET的热量主要来自于开关损耗和直流导通损耗，开关损耗是因为MOSFET在开关的时候，其从开到关或者关到开的过程是有一个时间，而这个时间并不能达到其理想值0s，因此MOSFET漏极和源极间电流电压会存在一段时间，这个过程会产生一个损耗。另外就是导通时，由于其直流导通电阻而产生的阻抗，这些损耗终会转换成热量。而损耗与MOSFET一个重要参数直流导通电阻成正比，所以我们要减少发热量直接的方法就是降低直流导通电阻。在DirectFET封装中，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100微欧姆，使源漏极间的导通电阻小于2毫欧姆。而采用焊线连接的MOSFET不包括金属垫时的封装阻抗为1.6毫欧姆左右，很难做到小于2毫欧姆的导通电阻。相比之下，DirectFET技术在这里具有很大的优势。
各种MOSFET电流传导示意图
电流传导途径示意图分别列出了各种MOSFET内部电流的途径，直流导通电阻实际上就是MOSFET在导通时，其漏极和源极之间的阻抗。传统MOSFET导通时，电流的途径是从漏极，经过封装引脚，通过焊线打开的通道流向源极，可见封装引脚以及各接触面、通道、焊线都对MOSFET导通时的阻抗有着直接的影响。而DirectFET MOSFET的电流则通过两边的大垫片流到背面的铜箔，然后通过源极的焊盘直接流向PCB，整个途径完全是依靠大面积铜片连接，而薄铜片的电阻非常小，因此也就很大程度上减少了MOSFET的损耗，在降低导通电阻上有着更为出色的表现。
DirectFET MOSFET的三种散热方式
DirectFET封装不仅仅是更好地控制了热量，在散热方式上也比以往的MOSFET有较好的表现。塑封壳的MOSFET主要依靠底部或者顶部的金属垫将热量散发出去，但塑封壳包装，整体较厚，塑料的导热性能相对低下，因此主要的热量散发方式还是通过金属垫将热量传到PCB上，透过PCB上的铜箔以及背面的锡条散发出去。而顶部的塑封壳即使加上散热金属片，也受限于塑料外壳较差的导热性，效率比较低。而DirectFET封装由于封装薄，采用全铜外壳的原因，因此热量能够快速地向顶部和底部传导。底部依然可以透过PCB散热，而顶部由于表层良好的空气流通性可以快速散热，实现双面冷却效果，如果顶部加上导热垫和散热片，大量的热量将会通过散热垫和散热片快速地散发出去，效果将会更加明显。
