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Prusaは、静電気に敏感な電子部品を扱う製造工程向けに、3Dプリンター用材料「Prusament PETG ESD」を発売しました。炭素繊維とカーボンナノチューブ（CNT）を配合し、静電気を逃がす性質を持たせたフィラメントで、黒色の1kg製品を56.99ドル（約9,000円）で販売しています。
主な用途は、はんだ付け時にプリント基板を固定する治具や、IC（集積回路）の保管・運搬用トレー、複数の基板を同時に検査するためのホルダーです。小型コンピューターなどのケースにも使えますが、Prusaは電子機器の生産現場向けに位置づけています。
炭素繊維とCNTを併用し、基板用の治具やトレーを造形
フィラメントは、3Dプリンターに供給して造形に使う樹脂材料です。Prusament PETG ESDはPETG樹脂をベースとし、静電気拡散性を持つESDフィラメントとして初めて、CNTとともに炭素繊維を配合しました。
炭素繊維の配合は、造形物の寸法精度を高め、反りを抑えるためのものです。Prusaは、同社の「Prusament PETG Carbon Fiber」と同様に、変形しにくさを表す剛性が高まり、破壊に耐える粘り強さを表す靱性は低くなるとしています。
価格は、3DXTechのESD-PETGが105ドル（約1万7,000円）、PolymakerのFiberon PETG-ESDが65.98ドル（約1万円）なのに対し、Prusament PETG ESDは56.99ドル（約9,000円）です。また、静電気拡散性を持たない同社のPrusament PETG Carbon Fiberよりも安く設定されています。
製造現場では、切削加工で製作する静電気対策用トレーや治具を、必要な場所で3Dプリントする用途が想定されています。Prusa自身も生産ラインでこの材料を使用し、プリントシートに粉体塗装を施す際の端部への塗料の付きすぎを防いでいます。
CNTが樹脂内に電荷の通り道をつくる
Prusament PETG ESDの静電気拡散性は、樹脂の中に電荷の通り道を設けることで得られます。通常のPETGは電気を通しにくい絶縁性の材料ですが、CNTを配合したPETGでは、樹脂中にCNTのネットワークが形成され、電子がCNT間を移動して電荷を運びます。
静電気対策用の材料には、電荷をため込まず、ゆっくり逃がす性質が求められます。ESD対応の治具も、この性質を使って、蓄積した電荷が敏感な電子部品へ放電するのを抑えます。
静電気を逃がす材料には導電性がありますが、その程度は用途によって異なります。CNTを配合したCLARIANT製PET-G ESDは、導電素材と絶縁素材のおよそ中間に位置する樹脂で、静電気を逃がす用途に適した導電性を持っています。
人が感じない放電でも電子部品は破損する
Prusament PETG ESDの用途である基板の組み立てや検査では、作業者だけでなく、装置や電子部品自身の帯電も静電気破壊の原因になります。帯電した電子部品が接地された導体に触れると、内部回路に急激な電荷の流れが生じ、瞬間的な発熱で配線が溶け、短絡や断線を起こすことがあります。
また、静電気の放電は、IC内部の回路を保護する薄い絶縁層を破り、回路を傷つけることもあります。破壊電圧が1000V未満の部品も多く、人が感知できない放電でも破損します。
検査工程でも、帯電した測定対象物を測定器へ接続する際に故障が起こります。接地されていない測定対象物から接続時に放電し、測定器の入力側にある半導体を破損した事例や、帯電した同軸ケーブルを接続した後に測定できなくなった事例があります。
治具から接地先までの経路と抵抗が関わる
静電気拡散性の治具は、接地された静電気対策用マットや作業台などと組み合わせ、電荷の逃げ道を設けて使います。Prusament PETG ESDで造形するトレーや基板ホルダーも、製造現場の静電気対策の仕組みの一部として使われます。
作業面の抵抗測定を扱う規格「ANSI/ESD STM4.1-2017」では、導電性や静電気拡散性を持つ容器から作業面へ電荷が流れる際、両者の接触部分に大きな抵抗が生じる場合があるとしています。電荷を逃がす時間には、抵抗に加え、電荷を蓄える能力である静電容量、接触抵抗、実際の放電経路も関わります。
Prusaは製品の品質管理として、フィラメント全長にわたり直径と真円度を連続測定し、各スプールの実測データを公開しています。直径の許容差の上限は±0.04mmです。一方、PrusaはPrusament PETG ESDの強度の詳細を記載したデータシートをまだ公表していません。
