Phòng sạch là một môi trường kín có mức độ ô nhiễm được kiểm soát cực kỳ thấp, hầu như không có bụi, vi khuẩn, các hạt sol khí và hơi hóa chất trong không khí. Nói một cách khác, mức độ bụi của phòng sạch được xác định bằng số lượng hạt trên mét khối ở kích thước hạt xác định.Vì vậy phòng sạch được ứng dụng trong rất nhiều ngành nghề khác nhau trong đó có ngành sản xuất chất bán dẫn. Hãy cùng tìm hiểu xem ứng dụng của phòng sạch trong sản xuất chất bán dẫn sẽ như thế nào?

1. Phòng sạch sản xuất bán dẫn gọi là FAB

Nhà máy sản xuất bán dẫn hay semiconductor fabrication plant thường được gọi tắt là FAB. Đây là nơi mà các vi mạch điện tử được hình thành trên bề mặt của tấm bán dẫn Wafer.

2. FAB là một thế giới tĩnh lặng

Một rung động bất ngờ, tuy nhỏ, từ thế giới bên ngoài sẽ ảnh hưởng đến các hoạt động đòi hỏi tính chính xác cao, và có thể làm hỏng các tấm wafer. Thế nên, FAB sẽ được xây dựng tách biệt với bên ngoài, triệt tiêu mọi rung động có thể làm ảnh hưởng quá trình sản xuất chip. Dưới đây là bảng quy chuẩn về rung động.

Sản xuất bán dẫn thường yêu cầu mức VC-D hoặc VC-E. Để đạt độ chính xác ở mức VC-E hay 0.1 micrometer, mức rung động phải dưới 42 dB. Để dễ hình dung, văn phòng công sở bình thường có mức dB ở khoảng 60 đến 66.

Để giảm ảnh hưởng của các rung động từ thế giới bên ngoài, cấu trúc nhà máy bán dẫn thường có 2 phần: phần vỏ và phần chính. Giữa 2 phần này sẽ có các thiết bị nhằm triệt tiêu rung động. Ngoài ra, vị trí địa lí cũng rất quan trọng bởi cấu trúc nền đất và rung động từ trong lòng đất cũng ảnh hưởng đến FAB.

Cấu trúc 2 lớp của FAB, gồm phần vỏ và phần chính, FAB floor.

Phần chính, hay còn gọi là FAB floor, thường có 2 phần là SUB-FAB và cleanroom. SUB-FAB có thể hiểu là tầng hầm, nơi chứa các máy móc phụ trợ cho quá trình sản xuất chính, như máy tạo laser cho hệ thống EUV chính ở clean room. Clean room là nơi diễn ra các hoạt động sản xuất bán dẫn chính. Không khí trong clean room được lọc qua các tấm lọc gắn trên trần và thoát ra ở chân tường hoặc sàn nhà [1].

3. Nơi có không khí cực sạch

Phòng sạch bán dẫn thường rất rộng, tuỳ vào quy mô của FAB mà phòng sạch có thể rộng như một sân bóng đá ngoài trời. Phòng sạch thì chắc chắn là phải sạch, các vi hạt siêu nhỏ có thể bám vào các vi mạch điện tử, các con chip và làm hỏng chúng.

Trong sản xuất bán dẫn, các công ty thường dùng chuẩn của Mỹ, FED-STD-209E. FAB sản xuất chip điện tử trên tấm bán dẫn (wafer fabrication) cần phòng rất sạch, thường là mức Class 1 (ISO 3) đến Class 10 (ISO 4). Quá trình đóng gói đế chip (chip packaging) có thể diễn ra trong phòng sạch vừa phải như mức class 10.000. Phòng sạch sản xuất chip điện tử thường yêu cầu class 1. Để dễ hình dung, phòng sạch class 1 sạch gấp 1 triệu lần văn phòng công sở thông thường, hay có số vi hạt kích 0.5 micromet ít hơn 1 triệu lần.

Không gian bên trong phòng sạch bán dẫn

Phòng sạch bán dẫn sẽ sử dụng bộ lọc HEPA (highly efficient particulate air) hoặc ULPA (ultra-low penetration air) để lọc các vi hạt, các vi sinh vật, và giúp cho môi trường phòng sạch thật sạch.

Tấm HEPA có khả năng lọc 99.97% vi hạt có kích thước 0.3 micromet [3,6], tức nhỏ hơn 50 lần đường kính tóc con người (17~180 micromet) và lớn gấp 3 lần đường kính virus SARS-CoV-2 (0.1 micromet). Câu hỏi đặt ra là liệu virus SARS-CoV-2 có lọt qua được Hepa Filter hay không?

Lọc HEPA hoạt động dựa trên 3 cơ chế chính khác nhau tùy theo kích thước vi hạt. Đối với các hạt có đường kính khoảng 0.2 ~ 0.3 micromet, hiệu quả của tấm lọc nói chung thường ít hiệu quả nhất. Và đối với HEPA, con số 99.97% chính là khả năng lọc ở khoảng kích thước này. Nói cách khác, đối với các vi hạt, vi sinh vật có kích thước lớn hơn 0.3 micromet, hay nhỏ hơn 0.2 micromet, tấm lọc HEPA chặn được gần như 100%. Do đó có thể thấy, vi rút SARS-CoV-2 không thể lọt qua tấm HEPA.

Biểu đồ mô tả hiệu suất lọc theo đường kính hạt. Ba cơ chế chính để tấm lọc giữ lại các vi hạt (cơ chế lọc) là impaction, interception và diffusion.

4. Nhiệt độ và độ ẩm theo tiêu chuẩn phòng sạch

Ngoài mức độ sạch, nhiệt độ và độ ẩm của Phòng sạch bán dẫn cũng được giữ ở mức cố định. Nhiệt độ khuyến cáo là 20 độ C và độ ẩm là 45 ~ 50%. Độ ẩm cao quá có thể gây ra sự ăn mòn kim loại cũng như ảnh hưởng đến các vật liệu có tính hút ẩm (hygroscopic). Nhưng nếu độ ẩm thấp quá sẽ làm khô da, các tế bào da dễ bị bong tróc và làm “bẩn” phòng sạch, cũng như dễ tạo ra hiện tượng tĩnh điện.

Xem thêm: Nhiệt độ, độ ẩm được quy định như thế nào trong phòng sạch.

5. Sử dụng “Xe tự hành”

Để hiểu được hệ thống di chuyển trong phòng sạch chúng ta, trước hết, cần tìm hiểu một vài thuật ngữ. Bay là một đơn vị sản xuất (production unit). Hệ thống lối di chuyển trong phòng sạch chia làm 2 loại là intra-bay và inter-bay. Intra-bay hay bên trong đơn vị giống như đi lại trong một tòa nhà. Inter-bay hay giữa các đơn vị cũng giống như đi lại giữa các toà nhà. Và Overhead Hoist Transport (OHT) là hệ thống đường sắt gắn trên trần nhà của phòng sạch, giúp vận chuyển các tấm bán dẫn đi khắp nơi trong phòng sạch.

Hệ thống đường sắt trên trần nhà – Hệ thống OHT

Ở thập niên 80, hệ thống OHT được gọi là Overhead Shuttle (OHS), chủ yếu giúp tự động vận chuyển inter-bay. Còn con người phụ trách trong intra-bay. Đến thập niên 90, OHT đã có thể tự động vận chuyển cả intra-bay và inter-bay, giúp tự động hoá hoàn toàn cả dây chuyền, từ đó tăng hiệu suất. OHT gợi cho chúng ta ý tưởng về những chiếc xe tự hành trong tương lai. Khi đó, con người chỉ việc lên xe và nói địa điểm, chiếc xe sẽ tự lái và giúp chúng ta có nhiều thời gian để giải trí hay làm việc hơn.

6. Phòng sạch bán dẫn yêu cầu đầu tư cao

15 đến 20 tỉ đô la Mỹ là số tiền mà bạn cần để xây một FAB mới. Chi phí ấy tương đương 1/2 GDP của Tp. Hồ Chí Minh năm 2017 hay 10 tuyến đường sắt đô thị ở Hà Nội mà thôi (theo số liệu năm 2017).

Mới gần đây, TSMC lên kế hoạch xây dựng 1 FAB 5nm ở bang Arizona, Mỹ với kinh phí ước tính là 12 tỉ đô. Ngoài chi phí xây dựng, các FAB còn tiếp tục mua sắm trang thiết bị mới nhằm nâng cấp dây chuyền sản xuất.

Biểu đồ ghi nhận chi phí xây dựng và mua sắm của FAB. Năm 2018, 54 tỉ đô là số tiền được dùng để mua sắm trang thiết bị trong FAB.

7. Con người là nguyên nhân hàng đầu gây ô nhiễm

Các vi sinh vật có trong phòng sạch chủ yếu đến từ yếu tố con người. Một nghiên cứu chỉ ra 59% vi sinh vật (micrococci và staphylococci) tìm thấy trong phòng sạch EU GMP grade A (sạch nhất) là đến từ con người.

Khi đứng yên, con người tạo ra khoảng 100.000 vi hạt có kích thước khoảng 0.3 micromet. Khi đi bộ, con số ấy tăng lên từ 5 triệu đến 7.5 triệu vi hạt. Có thể thấy, hoạt động con người trong sản xuất bán dẫn là nguyên nhân hàng đầu gây ô nhiễm phòng sạch.

Trước khi nhân viên bước vào phòng sạch, họ sẽ phải mặc bộ đồ chuyên dụng kín mít từ đầu đến chân, gọi là smock. Smock làm từ vải polyester chuyên dụng, giúp hạn chế bụi bẩn từ người mặc ra môi trường phòng sạch. Nhân viên clean room cũng không được phép trang điểm hay dùng nước hoa, vì đây là những thứ dễ gây ô nhiễm phòng sạch. Đồng thời, họ còn phải mang giày chuyên dụng, giúp truyền tĩnh điện xuống đất (static dissipative shoe). Ngay trước khi bước vào môi trường phòng sạch, nhân viên sẽ giẫm lên tấm thảm đặc biệt, gọi là tacky mat, để dính hết các hạt bụi dính dưới đế giày, đồng thời bước qua phòng trung gian, nơi họ được xịt luồng khí mạnh để loại hết bụi trên quần áo.

Xây dựng nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch được các doanh nghiệp sản xuất đặt lên hàng đầu. Điều này hoàn toàn dễ hiểu khi ngày nay vấn đề về điện tử vi mạch đang ngày được quan tâm, chú trọng. Trong bối cảnh thế giới đang thiếu nguồn cung về vi mạch việc sản xuất trong môi trường đảm bảo các tiêu chuẩn sạch là điều rất cần thiết.Vậy có những lưu ý như thế nào khi đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

1. Tiêu chuẩn của nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch

1.1. Nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch là gì

Các linh kiện điện tử, bo mạch hay dễ hiểu hơn là các thiết bị di động hiện nay được sản xuất trên dây chuyền vô cùng hiện đại và tinh vi, Tuy nhiên, một vài hạt bụi li ti bám phải hoặc nơi sản xuất có độ ẩm sai lệch so với tiêu chuẩn cũng có thể làm cho số lượng hàng đó bị lỗi và không được kiểm duyệt trước khi xuất đi.

Trong một nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, vi mạch, các công đoạn sản xuất sẽ được phân theo các phòng. Vì lý do chi phí đầu tư một phòng sạch chiếm chi phí rất lớn, vậy nên nhưng phòng sản xuất yêu cầu về độ sạch thì mới lắp đặt phòng sạch.

Những phòng sản xuất đòi hỏi độ sạch và yêu cầu sản xuất khắt khe sẽ phải xây dựng phòng sạch. Điển hình như:

– Khu trực tiếp sản xuất và lắp ráp: Các sản phẩm không được bám bụi, hạn chế tối đa độ ẩm trong phòng, độ ẩm phải ở ngưỡng cho phép

– Khu vực nghiên cứu, phát triển sản phẩm: Đây là công đoạn cũng được coi là quan trọng không kém khâu sản xuất, sản phẩm nghiên cứu cũng là công việc yêu cầu sự chuẩn xác.

1.2. Tiêu chuẩn cấp độ sạch của nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch

Tiêu chuẩn thi công phòng sạch điện tử

Khi đã có kế hoạch xây dựng phòng sạch ở một vị trí hoàn chỉnh, việc quan trọng không kém là thi công xây dựng phòng sạch cần phải đảm bảo tiêu chuẩn của ngành sản xuất điện tử, bo mạch, để có thể đạt kết quả tốt nhất trong quá trình sản xuất.

1.2.1. Nhiệt độ tiêu chuẩn của phòng sạch trong nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch

Theo tiêu chuẩn thì trung bình nhiệt độ trong phòng sẽ dao động từ 20 – 26 độ C, mức nhiệt độ này mức nhiệt độ mang lại sự an toàn cho các thiết bị, vi mạch và linh kiện điện tử. Nếu không duy trì ổn định mức nhiệt này sẽ khiến cho các loại pin hoạt động không ổn định và các mối hàn hoặc liên kết bị chảy.

1.2.2. Độ ẩm tiêu chuẩn của phòng sạch trong nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch.

Trung bình độ ẩm trong phòng sạch của nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch sẽ dao động từ 18 – 55%. Tuy nhiên, không phải ở phòng nào cũng giữ ở mức nhiệt này. Dựa vào những linh kiện điện tử, bo mạch phức tạp và các kĩ sư điều chỉnh độ ẩm hợp lý, phù hợp với sản phẩm. Linh kiện sẽ bị chảy nước nếu độ ẩm quá cao. Việc này sẽ làm ảnh hưởng rất lớn tới quá trình sản xuất và chi phí bỏ ra.

Xem thêm: Nhiệt độ, độ ẩm được quy định như thế nào trong phòng sạch.

1.2.3. Yêu cầu về tiêu chuẩn độ bụi và vi sinh trong nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch

Tiêu chuẩn độ bụi và vi sinh trong phòng sạch luôn hạn chế ở mức thấp nhất hay thận trí là không có để đảm bảo tối đa quá trình sản xuất sản phẩm điện tử.

1.2.4. Tiêu chuẩn áp suất phòng sạch nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch

Áp suất tiêu chuẩn trong phòng sạch dao động từ 15 – 45 PA

2. Các bước và những lưu ý khi đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch

Các bước đầu tư lưu ý khi xây dựng nhà máy điện tử

Khi bắt đầu xây dựng nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch, rất nhiều yếu tố quan trọng cần các chủ Doanh nghiệp quan tâm, các bước và những lưu ý khi đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch

1: Vị trí, diện tích xây dựng phòng sạch

2: Lựa chọn cấp độ sạch tương ứng

3: Lựa chọn vật tư phù hợp, chi phí hợp lý

4: Phương án xây dựng phù hợp

5: Đơn vị thi công phòng sạch uy tín, giàu kinh nghiệm

6: Đơn vị cung cấp thiết bị phòng sạch uy tín, chất lượng.

Trên đây là các tiêu chuẩn cũng như các bước và những lưu ý khi đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch. Việc đáp ứng được những yêu cầu hay tiêu chuẩn trên chính là một thành công lớn của doanh nghiệp đang triển khai xây dựng nhà máy sản xuất điện tử, vi mạch.

Hãy tưởng tượng thử cuộc sống sẽ như thế nào nếu không có các thiết bị điện tử. Sẽ không có TV, máy tính, điện thoại di động, công nghệ thông minh và nhiều những ứng dụng khác nữa.Điều đó khiến cho chúng ta thấy được nhu cầu về điện tử và đặc biệt là các chất bán dẫn lớn như thế nào. Và chắc chắn, để sản xuất ra những thiết bị này đều cần phòng sạch để sản xuất và hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về phòng sạch bán dẫn ngay sau đây.

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn là vật liệu có độ dẫn điện giữa chất dẫn điện (thường là kim loại) và chất không dẫn điện hoặc chất cách điện (chẳng hạn như gốm sứ). Chúng thường được gọi là mạch tích hợp hoặc vi mạch và được làm từ các nguyên tố tinh khiết như silicon hoặc Germani, hoặc các hợp chất như Gallium arsenide. Chất bán dẫn là một thành phần thiết yếu cho phép tiến bộ trong năng lượng tái tạo, chăm sóc sức khỏe, năng lượng sạch và các ứng dụng khác.

FAB bán dẫn là gì?

FAB bán dẫn là một nhà máy sản xuất trong đó các tấm silicon thô sẽ được chế tạo thành các mạch tích hợp. In thạch bản màu là một phần của quy trình sản xuất bên trong phòng sạch bán dẫn. Quá trình này liên quan đến việc chụp ảnh mẫu mạch trên một chất nền cảm quang và ăn mòn phần nền về mặt hóa học. Các loại chip được sản xuất trong FAB bán dẫn là:

• NAND flash

• DRAM for memory

• Microprocessor

• Graphics controller

• Hard drive controller

• RAID controller

Sau khi hoàn thành, những con chip này sẽ được sử dụng cho nhiều loại thiết bị như máy tính, điện thoại di động, tivi, máy tính xách tay, máy bay không người lái, thiết bị quân sự và ô tô.

Những lưu ý cho phòng sạch bán dẫn

Yêu cầu của phòng sạch bán dẫn

Các nhà sản xuất chip phải đối mặt với nhiều thách thức khi thiết kế và vận hành phòng sạch bán dẫn. Các quy trình cực kỳ chi tiết và môi trường được kiểm soát nghiêm ngặt là điều cần thiết để sản xuất chúng. Một hạt bụi nhỏ có thể phá hủy chức năng của chip, cách duy nhất để tránh ô nhiễm là kiểm soát môi trường sản xuất.

Ô nhiễm là nguyên nhân lớn gây ra các vấn đề sản xuất khi sản phẩm bị hỏng. Công nhân sản xuất thường là nguồn ô nhiễm chính khi vận hành thiết bị bán dẫn. Người lao động có thể tạo ra ESD (phóng tĩnh điện) không mong muốn gây phá hủy các mạch điện tử tinh vi.

Các trường hợp ô nhiễm tiềm ẩn khác là:

• Nguồn điện gặp trục trặc

• Động cơ quạt bị hỏng

• Sự cố áp suất

• Làm rơi thiết bị, dụng cụ và các bộ phận

• Thiết bị xử lý Wafer có thể hoạt động sai

Lưu khi thiết kế phòng sạch bán dẫn

Môi trường phòng sạch bán dẫn phải được thiết kế để kiểm soát vật chất dạng hạt, khí thải ra ngoài và các nguồn ô nhiễm khác và các điều kiện gây ảnh hưởng. Kiểm soát môi trường là rất quan trọng và duy trì mức độ sạch không khí cần thiết là điều không thể lơ là đối với hiệu suất của phòng sạch. Để giúp duy trì độ sạch của không khí, FABS sử dụng bộ lọc ở đầu vào không khí xung quanh, thường ở bộ xử lý gió hồi (RAH) và trên trần là Fan Filter Unit (FFU).

Thiết kế luồng không khí là một yếu tố quan trọng khác trong FAB bán dẫn. Dòng chảy tầng – Laminar Flow là phổ biến bên trong phòng sạch. Không khí sẽ được thổi từ trần nhà xuống sàn, tạo ra một luồng không khí đồng đều, liên tục. Khi không khí đến sàn tiếp cận được nâng lên, nó sẽ chảy qua các lỗ trên sàn đi lên trên qua lỗ thông không khí để được lọc sạch thông qua các bộ lọc HEPA. Sau đó, không khí hồi lưu được điều hòa để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm của nó trước khi nó được chuyển qua phòng sạch một lần nữa. Khi thiết kế phòng sạch, bạn muốn đảm bảo rằng luồng không khí bị ảnh hưởng ít nhất có thể để các hạt không tích tụ trên bất kỳ thiết bị nào.

Xem thêm: Phòng sạch điện tử: Thiết kế, thi công như thế nào.

Những lưu ý về thiết bị cho phòng sạch bán dẫn

Một số cân nhắc về thiết bị bán dẫn khác là bố trí đồ đạc / thiết bị bên trong phòng. Một khuyến nghị thiết kế điển hình cho việc bố trí thiết bị là đặt thiết bị dọc theo các bức tường bên ngoài, tránh các khu vực có luồng không khí tối đa. Các Clean Bench nơi công nhân thao tác với tấm wafer cũng nên được bố trí dọc theo tường của phòng sạch.

Cửa gió hồi công suất lớn được tích hợp trong bất kỳ khu vực làm việc ướt trên Clean Bench để hút hơi hóa chất được tạo ra trong quá trình sản xuất nên làm như vậy mà không làm gián đoạn luồng không khí. Bạn cũng sẽ thấy giá đỡ dây và giá đỡ bên trong các tấm bán dẫn. Điều này giúp tối đa hóa luồng không khí bằng cách loại bỏ các bề mặt phẳng, nơi các hạt có thể tích tụ. Bề mặt tường trong phòng sạch sử dụng thiết kế đặc biệt như bề mặt tường nhôm nhẵn để giúp không khí di chuyển.

Phòng sạch bán dẫn cần cấp độ sạch nào?

Sản xuất tấm bán dẫn sẽ phải tuân theo tiêu chuẩn ISO 14644. Đặc điểm kỹ thuật cho chế tạo thiết bị phòng sạch thay đổi tùy theo yêu cầu về loại quy trình, chiều rộng dây chuyền và kích thước tấm wafer. Các yêu cầu về phòng sạch bán dẫn có thể dao động từ phòng sạch ISO 4 (Loại 10) đến ISO 6 (Loại 1.000).

Một số hoạt động nhất định có thể có nền tảng ISO 7 Class (10.000) hoặc ISO 8 Class (100.000), nhưng tất cả các cân nhắc đều được xử lý trên cơ sở từng dự án.
Trên đây là một số kiến thức và chú ý khi xây dựng một phòng sạch chế tạo chất bán dẫn. Mong rằng nó sẽ giúp được các bạn trong quá trình xây dựng phòng sạch bán dẫn của mình

Sự phát triển của công nghệ phòng sạch trong và ngoài nước cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các sản phẩm công nghiệp luôn thay đổi theo từng ngày, các yêu cầu về công nghệ phòng sạch cũng không ngừng nâng cao, theo nhu cầu công nghệ sạch cao, việc phát sinh và thải ra các chất độc hại chắc chắn là rất nguy hiểm. Đối với phân xưởng phòng sạch điện tử (sau đây gọi là phòng sạch điện tử), ở một góc độ nào đó, công nghệ phòng sạch là một phương tiện, và kiểm soát ô nhiễm là mục tiêu. Dù là bên trong phòng sạch điện tử hay môi trường bên ngoài, các chất rắn, lỏng, khí, vi rút sinh học… xuất hiện không đúng thời điểm và địa điểm, các yếu tố vật lý như vi tĩnh điện, sóng điện từ, bức xạ và các yếu tố nguy hiểm khác, có thể ảnh hưởng đến con người và môi trường bên ngoài.

Phòng sạch điện tử là gì?

Điện tử là một ngành có những yêu cầu rất khắt khe về độ chính xác trong từng công đoạn sản xuất. Để tạo ra một thiết bị điện tử đạt chuẩn chất lượng thì phải đảm bảo không có một hạt bụi nhỏ nào có thể làm ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu và sản xuất. Vì thế, không thể thiếu phòng sạch trong ngành sản xuất điện tử

Phòng sạch điện tử là phòng sạch được sử dụng trong ngành sản xuất thiết bị điện tử, đặc biệt là trong chế tạo linh kiện điện tử và vi mạch. Vì là linh vực có yêu cầu chính xác cao về thông số kỹ thuật nên cần hạn chế tối đa các tác nhân từ bên ngoài đển không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Phòng sạch điện tử giúp cho ngành sản xuất linh kiện điện tử và sản xuất vi mạch sản xuất ra đạt thông số chuẩn xác nhất, hạn chế tối đa các tác nhân từ bên ngoài làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, nhất là ảnh hưởng đến tĩnh điện

Đặc điểm và một số quy định của phân xưởng phòng sạch điện tử

Phòng sạch điện tử có yêu cầu cao, điều khiển lưu lượng không khí, nhiệt độ, độ ẩm, chênh lệch áp suất, khí thải thiết bị theo yêu cầu Độ chiếu sáng và tốc độ gió tiết diện của phòng sạch được điều khiển theo thiết kế hoặc thông số kỹ thuật. Ngoài ra, phòng sạch điện tử có yêu cầu cực kỳ khắt khe về tĩnh điện. Các yêu cầu về độ ẩm đặc biệt nghiêm ngặt. Vì rất dễ sinh ra tĩnh điện trong phân xưởng quá khô, có thể gây hỏng tích hợp CMOS. Nói chung, nhiệt độ của phòng sạch nhà máy điện tử nên được kiểm soát ở khoảng 22 ℃ và độ ẩm tương đối nên được kiểm soát trong khoảng 50-60% (các xưởng sạch đặc biệt có quy định nhiệt độ và độ ẩm liên quan).

Xem thêm: Các yếu tố ảnh hưởng đến phòng sạch điện tử.

Tại thời điểm này, tĩnh điện có thể được loại bỏ hiệu quả và mọi người cảm thấy thoải mái. Phân xưởng sản xuất chip, phòng sạch mạch tích hợp và phân xưởng sản xuất đĩa là những bộ phận quan trọng trong phân xưởng phòng sạch điện tử. Vì các sản phẩm điện tử có yêu cầu cực kỳ khắt khe về chất lượng và môi trường không khí trong nhà trong quá trình sản xuất và chế tạo nên chủ yếu kiểm soát hạt và bụi trôi nổi. Mục tiêu chính là các quy định nghiêm ngặt về nhiệt độ và độ ẩm, lượng không khí trong lành và tiếng ồn của môi trường.

1. Độ ồn (trạng thái trống) trong phân xưởng

Độ ồn trong phân xưởng thanh lọc của nhà máy điện tử cấp 10.000: không được lớn hơn 65dB (A).

2. Chênh lệch áp suất phân xưởng phòng sạch điện tử

Chênh lệch áp suất giữa phân xưởng phòng sạch điện tử và ngoài trời không được nhỏ hơn 10Pa, và chênh lệch áp suất giữa khu vực sạch và khu vực không sạch có độ sạch không khí khác nhau không được nhỏ hơn 5Pa.

3. Lượng gió tươi trong phân xưởng phòng sạch điện tử

Lượng gió tươi phải tối đa như sau:

(1) Bù tổng lượng không khí thải trong nhà và lượng không khí sạch cần thiết để duy trì giá trị áp suất dương trong phòng.

(2) Đảm bảo lượng không khí sạch / người / giờ trong phòng sạch điện tử không nhỏ hơn 40m3.

(3) Cần cung cấp không khí sạch cho lò sưởi của hệ thống điều hòa không khí lọc trong phân xưởng phòng sạch điện tử và cung cấp biện pháp bảo vệ ngắt điện khi quá nhiệt. Thể tích không khí của phòng sạch phải tối đa trong ba chỉ tiêu sau: thể tích không khí đảm bảo cấp độ sạch không khí của phòng sạch; thể tích không khí của phòng sạch nhà máy điện tử được xác định theo cách tính tải nhiệt độ ẩm; quy định cho phòng sạch nhà máy điện tử Lượng gió tươi được cung cấp.

Samsung, Apple, Foxconn, Panasonic, LG, Sony và nhiều ông lớn khác đều nổi lên từ ngành điện tử. Điện tử là một ngành không thể thiếu để tạo ra một xã hội hiện đại như ngày nay. Vì thế nên phòng sạch điện tử luôn luôn có rất nhiều quan tâm đặc biệt là những ở trong ngành . Và bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu xem phòng sạch điện tử có những yêu cầu gì cùng những kiến thức khác cần biết khi xây dựng nó.

Phòng sạch điện tử là gì?

Phòng sạch điện tử là một căn phòng được thiết kế theo các tiêu chuẩn của phòng sạch phù hợp để sản xuất các thiết bị điện tử, đặc biệt là các linh kiện điện tử và vi mạch.

Tuy nhiên chúng ta cũng cần biết rằng, không phải là khu vực nào trong nhà máy sản xuất điện tử đều phải áp dụng phòng sạch. Phòng sạch chỉ áp dụng để sản xuất những công đoạn quan trọng trong quy trình sản xuất điện tử.

Thiết kế, thi công phòng sạch điện tử

Lưu ý khi thiết kế

Thiết kế phòng sạch là công việc triển khai trước khi xây dựng một phòng sạch. Đối với tiêu chuẩn về phòng sạch chúng ta cần phải chú ý những điều sau:

• Sử dụng phòng sạch hay phòng sạch di động?
• Cấp độ sạch phù hợp với mục đích sử dụng.
• Thiết kế các thông số để đạt cấp độ sạch: Chênh áp, thiết kế luồng khí, lưu lượng không khí, vv …
• Tiêu chuẩn thiết kế phòng sạch linh kiện điện tử
• Các quy định chung đối với nhà máy điện tử tại Việt Nam
• Yêu cầu về dây chuyền hoạt động
• Yêu cầu về vị trí xây dựng
• Yêu cầu về giải pháp thiết kế: Về kết cấu, về tổ chức không gian, về kích thước không gian
• Những thiết bị cần sử dụng và vị trí đặt để đạt yêu cầu độ sạch

Quy trình thi công phòng sạch điện tử

Khi thi công và xây dựng là công đoạn thực tế và mất nhiều thời gian nhất. Quy trình mà các nhà thi công phòng sạch thường phải áp dụng để xây dựng một phòng sạch thường là như sau:
Bước 1. Tiếp nhận yêu cầu từ khách hàng và nhà máy sau đó tiến hành khảo sát khu vực lắp đặt phòng sạch. Các chuyên gia và kỹ sư của nhà thi công sẽ đo đạc các con số thực tế trước khi thi công.

Bước 2. Thiết kế phòng sạch đạt yêu cầu như chúng ta đã nói ở phần trên. Bản vẽ thiết kế phòng sạch sẽ được bàn bạc và thông qua bởi chủ đầu tư trước khi thực hiện lắp đặt.

Bước 3. Tiến thành thi công phòng sạch bằng những thiết bị và vật liệu chuyên dụng, tuân thủ với những yêu cầu nghiêm ngặt trong thi công để đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn phòng sạch đã thiết kế.

Bước 4. Kiểm tra nghiệm thu trước khi phòng sạch được đưa vào sử dụng

Bước 5. Thực hiện bảo hành công trình phòng sạch.

Phòng sạch điện tử có độc hại không?

Gần đây chúng ta có thể đã nghe đến những thông tin liên quan đến việc công nhân nhiễm độc trong các nhà máy sản xuất điện tử.

Tuy nhiên nếu phòng sạch điện tử hoạt động bình thường theo theo thiết kế theo tiêu chuẩn sẽ không gây độc hại cho cơ thể con người. Công nhân khi làm việc trong phòng sạch cần phải mặc đầy đủ quần áo và khẩu trang chống tĩnh điện.

Trong thực tế làm việc trong phòng sạch, tác hại đối với cơ thể con người có thể đến từ hai khía cạnh.

1. Để nâng cao hiệu quả công việc, một số nhà máy đã bố trí quá nhiều người và nhiều vị trí trong phòng sạch. Phòng sạch là nơi bổ sung một lượng không khí tươi cố định nên có giới hạn số người vào, nếu số người vượt quá giá trị này thì mọi người sẽ hít thở không đủ không khí từ đó sẽ cảm thấy khó chịu, thậm chí nghiêm trọng là tức ngực, nhức đầu.

2. Một số nhà máy sử dụng hóa chất có hại cho con người trong phòng sạch nhưng không được trang bị thiết bị thoát khí phù hợp. Nhiều dung dịch tẩy rửa và chất hàn dùng trong phòng sạch điện tử có chứa các thành phần hóa học độc hại, do môi trường  tương đối khép kín. Nếu khí thải sinh ra được thải ra ngoài kịp thời mà không có thiết bị xả phù hợp, các thành phần độc hại này sẽ ở trong phòng sạch. Nếu cứ lặp đi lặp lại, nó sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe cho người lao động.

Như vậy, bản chất khi sử dụng phòng sạch không độc hại, phụ thuộc vào cách sử dụng phòng sạch như thế nào.

Các công ty ngành điện tử lớn nhất thế giới

1. Apple
2. Samsung
3. Foxconn
4. Huawei
5. Dell Technologies
6. Hitachi
7. Sony
8. Panasonic
9. Intel
10. LG Electronics

Các ứng dụng của phòng sạch điện tử

• Chế tạo chất bán dẫn
• Sản xuất sợi quang
• Buồng chân không
• Bộ nhớ chip
• Quy trình nhạy cảm với tia cực tím
• Nghiên cứu EUV
• Lớp phủ chân không
• In ấn
• Bao bì tấm silicon và chất nền

Phòng sạch điện tử là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu nhà máy điện tử. Nó giúp đảm bảo sự an toàn cho chất lượng các linh kiện, thiết bị sản xuất tạo ra. Mỗi sản phẩm cần đạt chất lượng tốt, không bị các yếu tố môi trường như bụi bẩn ảnh hưởng đến kết quả và hiệu quả nghiên cứu, lắp ráp trong từng khâu. Và ngay sau đây với bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu phòng sạch điện tử và các tiêu chuẩn để tạo ra chúng như thế nào.

Phòng sạch điện tử là gì?

Phòng sạch điện tử là phòng sạch chuyên dụng được sử dụng trong lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, đặc biệt là trong các đơn vị chế tạo linh kiện và các vi mạch.

Đây là một trong những lĩnh vực yêu cầu rất khắt khe về các thông số kỹ thuật, vì vậy cần hạn chế tối đa những tác nhân từ môi trường để không làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Trong phòng sạch thì số lượng hạt bụi cũng như kích thước bụi sẽ được hạn chế ở mức thấp nhất. Và nó sẽ được duy trì và đảm bảo về độ sạch qua các quá trình lọc khí sơ cấp và lọc trung cấp, bộ lọc HEPA thì dùng để khử trùng vi sinh vật trong không khí.

Đặc điểm chính của phòng sạch điện tử là ngăn cản bụi bẩn, kể cả các đồ vật hay con người đều là đối tượng có thể gây ô nhiễm nên yêu cầu phải đi qua buồng khí Airshower để loại bỏ ô nhiễm. Điều này để tránh đưa chất ô nhiễm vào phòng sạch gây ảnh hưởng đến hiệu quả phòng sạch.

Thường thì lưu lượng cấp trong phòng sạch điện tử sẽ nhiều hơn so với các các nhà máy lĩnh vực khác. Trong điều kiện thông thường số lần trao đổi không khí trong nhà máy là 8-10 lần/h tuy nhiên với nhà máy điện tử thì số lần trao đổi lên đến 400-600 lần/h. Việc duy trì mức áp suất dương sẽ đảm bảo ngăn ngừa các chất ô nhiễm từ bên ngoài xâm nhập và khu vực sạch.

Xây dựng phòng sạch ở đâu trong các nhà máy sản xuất điện tử?

Thông thường các phòng sạch sẽ được lắp đặt ở các khu vực yêu cầu cao về độ sạch như:

• Phòng sạch trong khu sản xuất và lắp ráp
• Phòng sạch trong khu vực nghiên cứu
• Phòng sạch cho phòng thí nghiệm

Tiêu chuẩn phòng sạch điện tử

Trên thị trường phòng sạch Việt Nam hiện nay nói chung thường áp dụng những tiêu chuẩn sau:

• Tiêu chuẩn Quốc tế ISO 14644-1: dành cho các cấp độ sạch giảm dần từ ISO 1 – ISO 8.
• Tiêu chuẩn Federal Standard 209 E với cấp độ sạch giảm dần: class 1, class 10, class 100, class 1000, class 10.000, class 100.000.

Đối với phòng sạch trong ngành điện tử thì thường áp dụng 1 trong 2 tiêu chuẩn FS 209 E hoặc TCVN 8664-1:2011 (tương đương với tiêu chuẩn ISO 14644-1).
Một vài thông số tiêu chuẩn khác cần phải chú ý đến trong ngành điện tử như là:

• Tiêu chuẩn nhiệt độ: Mức nhiệt độ trung bình từ 20 – 26 độ C, đây là mức nhiệt an toàn cho thiết bị cũng như các linh kiện điện tử, để các loại pin hoạt động ổn định. Giữ cho các mối hàn hay liên kết không bị nóng chảy.
• Tiêu chuẩn về độ ẩm mức trung bình 18 – 55% sao cho phù hợp với độ phức tạp của các linh kiện điện tử.
• Tiêu chuẩn về độ bụi và vi sinh: kiểm soát theo tiêu chuẩn ISO – 14644 và FS 209.
• Tiêu chuẩn về áp suất: 15 – 45Pa.
• Tiêu chuẩn về độ ồn 40-65dB.

Một số đặc điểm cần lưu ý về tiêu chuẩn phòng sạch điện tử

Các yêu cầu về độ ẩm trong phòng sạch điện tử là đặc biệt nghiêm ngặt. Vì rất dễ sỉnh ra tĩnh điện trong phân xưởng quá khô có thể gây hỏng tích hợp CMOS. Nói chung, nhiệt độ của phòng sạch nhà máy điện tử nên được kiểm soát khoảng 22*C và độ ẩm tương đối nên được kiểm soát trong khoảng 50-60%( các xưởng sạch đặc biệt có quy định nhiệt độ và độ ẩm liên quan).

Tại thời điểm này, tĩnh điện có thể được loại bỏ hiệu quả và người vận hành sẽ cảm thấy thoải mãi. Phân xưởng sản xuất chip, phòng sạch mạch tĩnh hợp và phân xưởng sản xuất đĩa DC là nhưng bộ phận quan trọng trong phân xưởng điện tử. Vì các sản phẩm điện tử có yêu cầu cực kỳ khắt khe về chất lượng và môi trường không khí trong quá trình sản xuất và chế tạo nên chủ yếu kiểm soát hạt bụi lơ lửng. Mục tiêu chính là các quy định nghiêm ngặt về nhiệt độ và độ ẩm, lượng không khí trong lành và tiếng ồn của môi trường.

1. Độ ồn ( trạng thái trống) trong phân xưởng thanh lọc của nhà máy điện tử cấp 10.000 không được lớn hơn 65Db( A)
2. Chênh lệch áp suất giữa các phân xưởng và ngoài trời không được nhỏ hơn 10Pa và chênh lệnh áp suất giữa khu vực sạch và khu vực không sạch có độ sạch không khí khác nhau không được nhỏ hơn 5 Pa.
3. Lượng gió tươi trong phân xưởng phòng sạch ngành phải tối đa như sau:

• Bù tổng khối lượng không khí thải trong nhà và lượng không khí sạch cần thiết để duy trì giá trị áp suất dương trong phòng.
• Đảm bảo lượng không khí sạch/ người/ giờ trong phòng sạch phần tử không nhỏ hơn 40m3.
• Cần cung cấp không khí sạch cho lò sưởi của hệ thống điều hòa không khí lọc trong phân xưởng phòng sạch ngành điện tử và cung cấp biện pháp bảo vệ ngắt điện khi quá nhiệt. Thể tích không khí của phòng sạch phải tối đa trong ba chỉ tiêu sau: thể tích không khí của phòng sạch phải tối đa trong ba tiêu chí sau: thể tích không khí đảm bảo cấp độ sạch không khí của phòng sạch; thể tích không khí của phòng sạch nhà máy điện tử được xác định theo cách tính tải nhiệt độ ẩm; quy định cho phòng sạch nhà máy điện tử lượng gió tươi được cung cấp.