MOSFETのD-S間の沿面距離

Question

2SKタイプのMOSFETでスイッチング回路を
+300V-R(負荷)-D(MOSFET)-S(MOSFET)-0V
としたとき
D-S間は300Vの耐圧をもたせるように
プリント板上で、パターン間にそれなりに沿面距離を
設けることはわかります。

Ｑ１．
G(MOSFET)が0Vの場合はFETはOFFでDの電位は300Vになります。
したがってD-G間の電位は300Vになります。
しかし、
(1)
「D-S間のパターンの沿面距離が必要」の記述をみたことがありません。
単に、私が見たことがないだけで沿面距離が必要なのでしょうか？

(2)
それとも私の考え方が間違っていて耐圧300V相当の沿面距離は
必要ないとすれば、どのように考えて必要ないと考えるのか教えてください。

Answer

そんなに高くない(半導体レベル電圧)では、良く耳にして、プロセス確認をしておりました。

それが、参考になればと思い、きっかけのURLを提示します。

そうなんですか、それは失礼しました。

一昔前になりますが、それが嫌で、

http://www.takeda-foundation.jp/reports/pdf/prj0109.pdf#search='ASET+%E8%B6%85%E5%85%88%E7%AB%AF%E9%9B%BB%E5%AD%90%E6%8A%80%E8%A1%93%E9%96%8B%E7%99%BA'

の　光実装部品標準化(ASET)プロジェクト　となったのでは？

一度、活動成果を確認してみて下さい。

Answer

＞要は、なぜ同じ電位差でも一方は一般的に問題されているのに
＞他方は？・・・と、質問文のとうりです。

それはデータシートを読める人には常識だからです。

もしドレインとゲートが短絡してしまっても
ゲート＝ソース間電圧がVGSSを越えない範囲でMOSFETを使うこともできますし
（動作が異常になるのはまた別問題として）
それを超える電圧で使うならゲート＝ソース間電圧がVGSSを越えるので
耐電圧対策は当然必要というのをデータシートから読み取っているからです。

なかにはパッケージ上の端子にゲートが出てきていないフォトMOSFETなどもあり
この場合ドレイン側の電圧と同じになる電圧300V±5Vなどでも動かすことができ
小電力の制御には便利です。
　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06876/

Answer

適応する規格が分かりませんが
そこには
「極性が異なる充電部相互間」とか
「電位が異なる充電部相互間」となっていませんか？

つまりD-S間とかD-G間と言うことは関係ないのでは

私は、質問を理解できていないようです。

基板上の絶縁距離の問題なら
どちらも同じように考えるのが一般的だと思っていますし

MOSFETの構造上の問題なら
ゲートは他から絶縁されている程度しか思い当たりません。

> 要は、なぜ同じ電位差でも一方は一般的に問題されているのに
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑
　　　　　　　　　　　　　私にはここが理解できていない

手を出さなきゃ良かったと反省

Answer

毎度ＪＯです。
>>+300V-R(負荷)-D(MOSFET)-S(MOSFET)-0V
と有りますがこの「Ｒ］は実際何でしょうか？
抵抗器としても、まったくＬ成分の無い物は稀です、
少しでもＬ成分が有れば、ＯＦＦ時に３００Ｖより上昇します
Ｒにダイオードが並列接続されていれば、電圧上昇を抑える事は出来ます

「D-S間のパターンの沿面距離が必要」これは実装の問題でデバイスは耐圧300Vと記載すれば良い事に成ります
ではFETのケースの沿面距離はと言うと、外形TO-220のFETでも600V以上の耐圧の物もありますね

Answer

300Vが加わるパターン間について、沿面距離の不足をどう処理するか？

その製品に対して適用される安全規格があれば、一義的にはその規格に従って
沿面距離の不足が認められる緩和措置があるかで判断します。まずは、その
製品に適用される安全規格を明確にすることが必要です。

例えば、電気用品安全法では、整流器の2次側などで止むを得ない部分につ
いては、短絡開放試験で安全性問題がないことを確認できれば、正規の沿面
距離が確保できていなくてもOKとできる緩和規定があります。

前記のような緩和規定の有無が明白あったとしても、製造業者は製品の安全
に対して製造物責任法に基づく一般的な責任があります。
沿面距離不足によって、消費者に重大な危害を与える恐れがあれば、一般的
な沿面距離に対する規定を満足していたとしても、事故が起きた際には責任
を追及される可能性があることをお含みおき下さい。

具体的な判断については、第三者認証機関の有料相談窓口にお問い合わせに
なることが確実と思います。

MOSFETが、速い周期でスイッチングしていれば、OFF期間にD-S間に加わる
電圧が300Vとしても、ON-OFFの期間を通じて評価したD-S-間に加わる
実効電圧は300Vよりも低下します。

定常的にスイッチング動作する場合は、所要の沿面距離は、緩和規定に先立
ち、印加される実効値で評価することもできると思います。

ごめんなさい。
タイトルがD-S間の沿面距離でしたので、D-S間のことをお尋ねと早とちり
しましたが、D-G間の沿面距離について回答を求めていらっしゃたのでしょ
うか？

一般的な駆動条件では、D-G間のわる電圧は10V以内と思いますので、
D-S間電圧が300V程度であれば、D-G間電圧は、D-S間電圧に等しいと扱って
大きな間違いはないと思います。従って、沿面距離もD-Sと同等に設計すれ
ば、安全規格上は問題ないと考えます。
その一方、ゲート駆動回路のインピーダンスが高い場合は、安全規格上の
沿面距離が十分であっても、高電圧印加によるD-G間のリーク電流によって
FETの動作に問題を起こす懸念を考慮すべき場合があるかもしれません。

上記のような懸念は、安全の問題ではないので、回路設計技術者の裁量の
範疇であって、一般的な注意義務として一般的なな基準等に記載されること
はないと思います。

一般的なゲート駆動回路を採用した場合は、D-S間の沿面距離と、D-G間の
沿面距離とは、同等に設計することが適切と思います。
ゲート駆動回路のインピーダンスが高い場合は、漏れ電流による動作の安定
性を考慮して、D-G間の沿面距離を設計することが必要と思います。
単純に、沿面距離を大きくすることで漏れ電流を抑制することが困難な
場合は、D-G間にガードパターンを配置するなど、ゲート電位に影響を与え
る漏れ電流を積極的に抑制する追加手段を考慮したほうがいいと思います。

MOSFETのD-S間の沿面距離とは？