Thiết bị phòng sạch cho nhà máy bán dẫn: danh mục và cách chọn theo từng khu vực

Thiết bị phòng sạch cho nhà máy bán dẫn không phải một danh sách mua sắm rời rạc. Đó là chuỗi thiết bị cùng giữ ba mục tiêu: hạt bụi thấp, tĩnh điện được kiểm soát và điều kiện môi trường ổn định. Chỉ một mắt xích yếu cũng đủ làm giảm hiệu quả của cả hệ thống.

Bài viết sắp xếp danh mục thiết bị theo luồng vận hành thực tế: lối vào, cấp khí sạch, vùng thao tác, chống tĩnh điện và giám sát. Nội dung dành cho kỹ sư nhà máy, bộ phận mua hàng và chủ đầu tư. Đối tượng là khu sản xuất vi mạch và linh kiện điện tử.

AIRTECH THẾ LONG là đơn vị tư vấn, thiết kế, thi công phòng sạch và sản xuất thiết bị phòng sạch. Chúng tôi tổng hợp tiêu chí chọn, tiêu chuẩn tham chiếu và lỗi thường gặp để bạn đối chiếu với dự án.

Vì sao thiết bị phòng sạch cho nhà máy bán dẫn phải chọn theo hệ thống

Phòng sạch trong nhà máy bán dẫn là môi trường kiểm soát đồng thời hạt bụi, tĩnh điện, nhiệt độ, độ ẩm và chênh áp. Thiết bị phòng sạch là các phần tử giúp duy trì những thông số đó ổn định theo thời gian.

Ba nhóm nhiễm bẩn thường gây lỗi cho sản phẩm điện tử chính xác:

• Hạt bụi lơ lửng hoặc rơi lắng lên bề mặt wafer, chip và bo mạch.
• Hóa chất dạng phân tử trong không khí (AMC), không thể phát hiện bằng đếm hạt thông thường.
• Phóng tĩnh điện (ESD), gây hỏng tức thì hoặc để lại lỗi tiềm ẩn ở linh kiện.

Cấp sạch được xác định theo ISO 14644-1:2015, dựa trên số hạt tối đa trong mỗi mét khối không khí. Bảng 1 trích các cấp thường gặp trong sản xuất điện tử, tính theo hạt từ 0,5 µm trở lên.

Lưu ý: FED-STD-209E đã bị hủy và được thay bằng ISO 14644-1. Tên gọi cũ chỉ còn xuất hiện trong hồ sơ hoặc tài liệu thiết bị đời trước.

Cấp sạch mục tiêu khác nhau theo từng công đoạn, nên cấu hình thiết bị phải xuất phát từ yêu cầu quy trình, không từ catalogue.

Một hệ thống chỉ ổn định khi các mắt xích khớp nhau. FFU lọc tốt nhưng cửa đóng không kín sẽ làm chênh áp tụt. Khu thao tác sạch nhưng thiếu tiếp địa sẽ để ESD lọt qua. Trình tự chọn thiết bị nên đi theo năm bước:

1. Xác định cấp sạch mục tiêu và mức nhạy ESD cho từng công đoạn.
2. Vẽ luồng người, luồng vật tư và luồng sản phẩm.
3. Chọn thiết bị kiểm soát ra vào và trung chuyển cho từng luồng.
4. Chọn phương án cấp khí sạch, lọc và vùng thao tác cục bộ.
5. Bổ sung ESD, cửa, giám sát và kế hoạch bảo trì.

Nhóm thiết bị kiểm soát ra vào: air shower, pass box và tủ quần áo

Thiết bị kiểm soát ra vào là lớp chặn đầu tiên, giữ bụi từ người và vật tư không đi vào khu sản xuất. Con người thường là nguồn phát sinh hạt đáng kể, nên nhóm này được thiết kế trước các nhóm còn lại.

Air shower và airlock

Air shower thổi luồng khí đã lọc lên người và hàng hóa để tách bụi bám trên bề mặt. Đây là bước chuyển tiếp giữa khu thay đồ và khu sạch.

Vận tốc gió là thông số cần đọc kỹ. Với dòng air shower tuần hoàn khí do AIRTECH THẾ LONG công bố, vận tốc khoảng 20-22 m/s theo thông số công bố của hãng. Bạn có thể xem thêm cấu tạo và nguyên lý của air shower để so sánh các cấu hình.

Với hàng hóa kích thước lớn, nhà máy có thể dùng cargo air shower thay cho buồng đi bộ. Khi cần tách áp suất giữa hai khu, phòng đệm (airlock) kết hợp cửa liên động là phương án phổ biến.

Pass box

Pass box trung chuyển vật tư mà không mở cửa chính cho người đi qua. Có hai dạng chính:

• Static pass box: hộp trung chuyển có khóa liên động, không có quạt lọc. Phù hợp luồng vật tư có yêu cầu vừa phải.
• Dynamic pass box: có quạt và bộ lọc, thổi khí sạch trong khoang trước khi mở cửa phía khu sạch. Phù hợp khi vật tư mang theo bụi cần tách.

Hai cửa của pass box không được mở cùng lúc. Cơ chế khóa liên động là yêu cầu bắt buộc khi pass box nằm giữa hai cấp sạch khác nhau. Xem thêm nhóm pass box hộp trung chuyển của AIRTECH THẾ LONG để chọn kích thước và dạng khoang.

Tủ quần áo và trang phục

Tủ quần áo phòng sạch giúp cất giữ bộ đồ, giày và phụ kiện đúng cách, tránh nhiễm bẩn trước khi mặc. Trong sản xuất điện tử, trang phục còn phải đáp ứng yêu cầu chống tĩnh điện.

Luồng ra vào điển hình, tùy thiết kế dự án, đi qua khu thay giày, khu thay đồ, air shower rồi mới tới khu sản xuất.

Cấp khí sạch: FFU, bộ lọc HEPA và ULPA

FFU (Fan Filter Unit) là module gồm quạt và bộ lọc, đặt trên trần để cấp khí sạch xuống khu vực sản xuất. Bộ lọc bên trong thường là HEPA hoặc ULPA, tùy cấp sạch mục tiêu.

Số lượng FFU phụ thuộc lưu lượng cần cấp, đường hồi khí và mật độ phủ trần. Không có mức số lần trao đổi khí (ACH) cố định cho mỗi cấp ISO; con số đúng chỉ có sau khi tính toán theo từng dự án.

Khi chọn FFU cho nhà máy bán dẫn, nên làm rõ các điểm sau:

• Lưu lượng khí và áp tĩnh khả dụng của quạt ở điều kiện vận hành thực.
• Khả năng điều chỉnh tốc độ để cân bằng từng vùng.
• Khả năng thay lọc mà không phá vỡ khu vực sản xuất bên dưới.

Phân loại HEPA và ULPA theo EN 1822

Tiêu chuẩn EN 1822-1:2019 chia bộ lọc hiệu suất cao thành ba nhóm: EPA (E10–E12), HEPA (H13–H14) và ULPA (U15–U17). Việc phân loại dựa trên hiệu suất tại kích thước hạt dễ lọt nhất, gọi là MPPS. ISO 29463 được xây dựng trên nền EN 1822 và có cách phân loại tương đương.

Cách đọc bảng cần thận trọng. Nhãn “True HEPA” dựa trên hiệu suất tại 0,3 µm, còn EN 1822 đánh giá tại MPPS nên chặt hơn. Hai cách ghi này không quy đổi trực tiếp cho nhau.

ULPA cho hiệu suất cao hơn nhưng trở lực và chi phí cũng cao hơn. Không nên mặc định dùng ULPA cho mọi trần; hãy chọn theo cấp sạch của từng khu.

Bộ lọc tốt vẫn có thể thất bại nếu lắp không kín. Rò rỉ ở khung hoặc gioăng làm hiệu suất thực tế thấp hơn nhãn. Vì vậy cần thử rò sau lắp đặt và sau mỗi lần thay lọc.

AIRTECH THẾ LONG cung cấp nhóm thiết bị lọc khí sạch FFU, BFU, HFU để cấp khí sạch cho cả trần phòng lẫn các điểm thao tác riêng lẻ.

Mô tả phân loại có tại trang EN 1822-1:2019 (iTeh Standards).

Vùng thao tác sạch cục bộ: clean bench và clean booth

Vùng thao tác sạch cục bộ là khu vực nhỏ có độ sạch cao hơn không gian xung quanh, đặt ngay tại điểm thao tác. Cách làm này tiết kiệm hơn việc nâng cấp sạch cho cả nhà xưởng.

Clean bench

Clean bench tạo luồng khí đã qua lọc HEPA chảy qua bàn thao tác. Thiết bị bảo vệ sản phẩm hoặc mẫu khỏi bụi, phù hợp lắp ráp linh kiện nhỏ, kiểm tra bề mặt và chuẩn bị mẫu.

Cần phân biệt clean bench với tủ an toàn sinh học. Clean bench ưu tiên bảo vệ sản phẩm; tủ an toàn sinh học thuộc nhóm thiết bị khác. Trong nhà máy điện tử, clean bench thường kết hợp thêm bề mặt và phụ kiện chống tĩnh điện.

Nhóm bàn thao tác sạch cleanbench của AIRTECH THẾ LONG có nhiều kích thước để chọn theo số vị trí làm việc.

Clean booth

Clean booth là vùng sạch linh hoạt, dựng ngay trong nhà xưởng hiện hữu. Cấu hình thường gồm khung, FFU trên đỉnh và rèm bao quanh. Với linh kiện nhạy tĩnh điện, rèm chống tĩnh điện là lựa chọn thường gặp.

Clean booth phù hợp khi nhà máy cần mở rộng nhanh, thử nghiệm quy trình mới hoặc chưa có điều kiện xây phòng kín. Hạn chế là khí bên ngoài vẫn ảnh hưởng độ ổn định bên trong, nên cần kiểm soát người đi lại quanh booth.

Trước khi đặt hàng, hãy kiểm tra các yếu tố sau:

• Kích thước vùng làm việc và chiều cao thiết bị đặt bên trong.
• Hướng luồng khí và khả năng gom khí hồi.
• Nguồn điện, tiếp địa và vị trí đặt gần máy móc có rung hoặc ồn.
• Kế hoạch thay lọc và vệ sinh định kỳ.

Cả clean bench lẫn clean booth đều cần bảo trì đúng chu kỳ. Hướng dẫn tại bài bảo trì thiết bị phòng sạch đạt tiêu chuẩn 2026 giúp bạn lập lịch kiểm tra phù hợp.

Kiểm soát tĩnh điện (ESD) trong phòng sạch điện tử

ESD là sự phóng điện tích tĩnh giữa hai vật có điện thế khác nhau, có thể làm hỏng cấu trúc bên trong chip mà mắt thường không thấy. Hư hỏng có thể xảy ra ngay hoặc để lại lỗi tiềm ẩn, chỉ lộ ra khi sản phẩm đã đến tay khách hàng.

Khu vực rất sạch nhưng không kiểm soát điện tích trên bề mặt, trang phục và vật chứa vẫn gây rủi ro cho linh kiện. Vì vậy ESD phải được thiết kế cùng cấp sạch.

Tiêu chuẩn tham chiếu

ANSI/ESD S20.20 đưa ra yêu cầu về hành chính và kỹ thuật để thiết lập, thực hiện và duy trì chương trình kiểm soát ESD. Tiêu chuẩn áp dụng cho sản xuất, lắp ráp, đóng gói, thử nghiệm và xử lý linh kiện điện tử. IEC 61340-5-1 có phạm vi tương tự.

Cần lưu ý phiên bản. Bản 2014 có hiệu lực từ 1/1/2016 và thay bản 2007. ESD Association sau đó đã phát hành bản 2021, nên hãy xác nhận phiên bản khách hàng hoặc kiểm toán viên yêu cầu. Danh mục tiêu chuẩn có tại trang tiêu chuẩn của ESD Association.

Chuỗi vật liệu ESD cần đồng bộ

• Sàn hoặc thảm dẫn tĩnh điện, kết nối hệ tiếp địa chung.
• Bàn, ghế và khay đựng có điện trở bề mặt phù hợp.
• Dây đeo cổ tay, giày và trang phục chống tĩnh điện cho nhân viên.
• Thiết bị trung hòa điện tích tại điểm thao tác khi có vật liệu cách điện không thể loại bỏ.

Giá trị điện trở và độ ẩm mục tiêu lấy từ chương trình ESD của từng nhà máy, không áp một con số chung.

Các bước triển khai chương trình ESD

1. Xác định linh kiện nhạy ESD và khoanh vùng khu vực bảo vệ.
2. Lập kế hoạch chương trình ESD và chỉ định người điều phối.
3. Chọn vật liệu, thiết bị và bố trí hệ tiếp địa.
4. Đào tạo nhân viên và đánh giá vật liệu đầu vào.
5. Kiểm tra tuân thủ định kỳ và lưu hồ sơ đo.

AIRTECH THẾ LONG có thể phối hợp phần cấp sạch với yêu cầu ESD ngay từ giai đoạn thiết kế.

Cửa, giám sát môi trường và ma trận chọn thiết bị theo khu vực

Cửa phòng sạch và khóa liên động giữ chênh áp ổn định, hạn chế khe hở tích bụi và thao tác nhầm. Hai cửa của cùng một airlock không được mở đồng thời.

Giám sát môi trường

Không có dữ liệu thì không thể chứng minh phòng sạch đạt yêu cầu. Nhóm thiết bị giám sát thường gồm:

• Đồng hồ hoặc cảm biến chênh áp giữa các khu.
• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm.
• Máy đếm hạt, cầm tay hoặc lắp cố định.
• Hệ thống cảnh báo và lưu dữ liệu.

Với khu vực nhạy hóa chất dạng phân tử, ISO 14644-8:2022 đánh giá độ sạch không khí theo nồng độ hóa chất (ACC) [cần xác minh link]. Quy trình thiết kế, xây dựng và khởi động phòng sạch được nêu trong ISO 14644-4:2022.

Ma trận chọn thiết bị

Bảng 3 gợi ý hướng chọn thiết bị theo khu vực. Cấu hình chính thức vẫn cần tính toán theo từng dự án.

Lỗi thường gặp khi chọn thiết bị

• Chọn theo giá đơn lẻ, bỏ qua chi phí bảo trì và thay lọc trong vòng đời.
• Tính FFU nhưng không tính đường hồi khí.
• Dùng lọc hiệu suất cao nhưng không thử rò sau lắp đặt.
• Thiết kế độ sạch và ESD thành hai gói tách biệt.
• Thiếu giám sát liên tục nên chỉ thấy sự cố khi sản phẩm đã lỗi.

Giải pháp thiết bị phòng sạch của AIRTECH THẾ LONG

CÔNG TY CỔ PHẦN AIRTECH THẾ LONG hoạt động trong lĩnh vực tư vấn, thiết kế, thi công phòng sạch và sản xuất thiết bị phòng sạch, phòng thí nghiệm. Công ty thuộc hệ sinh thái Airtech Group. Nhà máy sản xuất đặt ở hai miền tại Hải Phòng và TP.HCM, với dây chuyền hiện đại nhập từ Châu Âu.

Danh mục liên quan đến khu điện tử và bán dẫn gồm air shower, pass box, tủ quần áo, thiết bị lọc khí sạch FFU, BFU, HFU, bàn thao tác sạch và clean booth. Bên cạnh đó là các hạng mục xây dựng như panel, sàn vinyl và gia công kim loại tấm.

Về kinh nghiệm dự án, AIRTECH THẾ LONG đã triển khai các công trình phòng sạch bệnh viện, sản xuất và phòng thí nghiệm. Công ty cũng tổ chức lễ xuất quân dự án phòng sạch FED Class 1000 tại Hoa Kỳ ngày 14/10/2023.

Cách tiếp cận của chúng tôi bắt đầu từ cấp sạch mục tiêu, luồng người và vật tư, rồi mới đến danh mục thiết bị. Nhờ đó cấu hình đề xuất bám sát quy trình của nhà máy, hạn chế mua thừa hoặc thiếu. Bạn có thể xem thêm danh mục thiết bị phòng sạch trên website.

Câu hỏi thường gặp

Nhà máy bán dẫn cần những thiết bị phòng sạch cơ bản nào?

Gồm thiết bị ra vào (air shower, pass box, tủ quần áo), cấp khí sạch (FFU, HEPA hoặc ULPA) và vùng thao tác cục bộ. Cần thêm vật liệu ESD, cửa liên động và giám sát. Cấu hình cụ thể phụ thuộc cấp sạch và quy trình từng khu.

Nên chọn HEPA H13, H14 hay ULPA cho khu điện tử?

Không có đáp án chung. H14 có hiệu suất cao hơn H13, ULPA cao hơn nữa nhưng trở lực và chi phí lớn hơn. Hãy chọn theo cấp sạch mục tiêu và kết quả tính toán của dự án.

Clean bench có thay được tủ an toàn sinh học không?

Không. Clean bench chủ yếu bảo vệ sản phẩm hoặc mẫu khỏi bụi, còn tủ an toàn sinh học phục vụ mục tiêu an toàn sinh học. Hai thiết bị có mục đích khác nhau.

Phòng sạch điện tử có cần thiết bị chống tĩnh điện riêng không?

Có. Độ sạch không khí không đảm bảo kiểm soát tĩnh điện. Cần vật liệu, tiếp địa, trang phục và quy trình ESD riêng, tham chiếu ANSI/ESD S20.20 hoặc IEC 61340-5-1.

Mỗi cấp ISO có một số lần trao đổi khí cố định không?

Không. Số lần trao đổi khí phụ thuộc tải nhiệt, nguồn phát bụi, số người, thiết bị và tổ chức luồng khí. Con số đúng chỉ có sau khi tính toán và kiểm tra từng phòng.

Kết luận

Thiết bị phòng sạch cho nhà máy bán dẫn hiệu quả khi được chọn như một hệ thống: ra vào, cấp khí, thao tác cục bộ, ESD, cửa và giám sát cùng khớp nhau. Hãy bắt đầu từ cấp sạch mục tiêu của từng công đoạn rồi mới chốt danh mục.

AIRTECH THẾ LONG sẵn sàng tư vấn cấu hình thiết bị cho dự án của bạn. Hotline: 0915.283.960 - 0915.283.043. Email: info@thelong.com.vn. Website: thietbiphongsach.vn. Zalo: zalo.me/0915283960.

CÔNG TY CỔ PHẦN AIRTECH THẾ LONG
Hotline: 0915.283.960 - 0915.283.043 | Tel: 024.3873.7717
Email: info@thelong.com.vn | Zalo: 0915283960
Website: thietbiphongsach.vn | Trụ sở: Số 144 Phố Việt Hưng, Tổ 3, P. Việt Hưng, Hà Nội