1. Loại bỏ các hạt bụi trong phòng sạch không bụi
Chức năng chính của phòng sạch là kiểm soát độ sạch, nhiệt độ và độ ẩm của không khí mà các sản phẩm (như chip silicon, v.v.) tiếp xúc, để các sản phẩm có thể được sản xuất và chế tạo trong môi trường tốt. Chúng ta gọi không gian này là phòng sạch. Theo thông lệ quốc tế, mức độ sạch chủ yếu được xác định bởi số lượng hạt trên mỗi mét khối không khí có đường kính lớn hơn tiêu chuẩn phân loại. Nói cách khác, cái gọi là "không bụi" không có nghĩa là hoàn toàn không có bụi, mà là được kiểm soát ở mức độ rất nhỏ. Tất nhiên, các hạt đáp ứng tiêu chuẩn bụi này đã rất nhỏ so với bụi thông thường mà chúng ta thấy, nhưng đối với các cấu trúc quang học, ngay cả một lượng bụi nhỏ cũng sẽ gây ra tác động tiêu cực rất lớn, vì vậy việc đảm bảo không bụi là một yêu cầu không thể thiếu trong sản xuất các sản phẩm cấu trúc quang học.
Kiểm soát số lượng hạt bụi có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,5 micron trên mỗi mét khối xuống dưới 3520 hạt/mét khối sẽ đạt tiêu chuẩn không bụi cấp A theo tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩn không bụi được sử dụng trong sản xuất và gia công chip có yêu cầu về bụi cao hơn cấp A, và tiêu chuẩn cao như vậy chủ yếu được sử dụng trong sản xuất một số chip cao cấp hơn. Số lượng hạt bụi được kiểm soát nghiêm ngặt ở mức 35.200 hạt/mét khối, thường được gọi là cấp B trong ngành công nghiệp phòng sạch.
2. Ba loại trạng thái phòng sạch
Phòng sạch trống: một cơ sở phòng sạch đã được xây dựng và có thể đưa vào sử dụng. Nó có đầy đủ các dịch vụ và chức năng cần thiết. Tuy nhiên, hiện không có thiết bị nào được vận hành bởi người vận hành trong cơ sở này.
Phòng sạch tĩnh: một cơ sở phòng sạch với đầy đủ chức năng, cài đặt và lắp đặt phù hợp, có thể được sử dụng theo cài đặt hoặc đang hoạt động, nhưng không có người vận hành bên trong.
Phòng sạch động: một phòng sạch trong điều kiện sử dụng bình thường, với đầy đủ các chức năng dịch vụ, thiết bị và nhân viên; nếu cần, công việc bình thường có thể được thực hiện.
3. Các mục kiểm soát
(1). Có thể loại bỏ các hạt bụi lơ lửng trong không khí.
(2). Có thể ngăn ngừa sự phát sinh các hạt bụi.
(3). Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.
(4). Điều chỉnh áp suất.
(5). Loại bỏ khí độc hại.
(6). Độ kín khí của các cấu trúc và khoang.
(7). Ngăn ngừa tĩnh điện.
(8). Ngăn ngừa nhiễu điện từ.
(9). Xem xét các yếu tố an toàn.
(10). Xem xét việc tiết kiệm năng lượng.
4. Phân loại
Loại dòng chảy rối
Không khí đi vào phòng sạch từ hộp điều hòa không khí thông qua ống dẫn khí và bộ lọc không khí (HEPA) trong phòng sạch, và được hút trở lại từ các tấm vách ngăn hoặc sàn nâng ở hai bên phòng sạch. Luồng không khí không di chuyển theo đường thẳng mà tạo thành trạng thái xoáy hoặc nhiễu loạn không đều. Loại này phù hợp với phòng sạch cấp 1.000-100.000.
Định nghĩa: Phòng sạch trong đó luồng không khí lưu thông với tốc độ không đều và không song song, kèm theo hiện tượng dòng chảy ngược hoặc dòng xoáy.
Nguyên lý: Phòng sạch kiểu đối lưu dựa vào luồng không khí cung cấp để liên tục làm loãng không khí bên trong và dần dần làm loãng không khí ô nhiễm để đạt được độ sạch (phòng sạch kiểu đối lưu thường được thiết kế ở mức độ sạch từ 1.000 đến 300.000).
Đặc điểm: Phòng sạch sử dụng hệ thống thông gió đa chiều để đạt được mức độ sạch sẽ cao. Số lần thay đổi luồng khí quyết định mức độ thanh lọc (càng nhiều lần thay đổi luồng khí, mức độ sạch càng cao).
(1) Thời gian tự làm sạch: đề cập đến thời gian khi phòng sạch bắt đầu cung cấp không khí vào phòng sạch theo số lượng thông gió được thiết kế và nồng độ bụi trong phòng đạt đến mức độ sạch được thiết kế. Cấp 1.000 dự kiến không quá 20 phút (có thể sử dụng 15 phút để tính toán); cấp 10.000 dự kiến không quá 30 phút (có thể sử dụng 25 phút để tính toán); cấp 100.000 dự kiến không quá 40 phút (có thể sử dụng 30 phút để tính toán).
(2) Tần suất thông gió (được thiết kế theo yêu cầu về thời gian tự làm sạch nêu trên) loại 1.000: 43,5-55,3 lần/giờ (tiêu chuẩn: 50 lần/giờ) loại 10.000: 23,8-28,6 lần/giờ (tiêu chuẩn: 25 lần/giờ) loại 100.000: 14,4-19,2 lần/giờ (tiêu chuẩn: 15 lần/giờ)
Ưu điểm: cấu trúc đơn giản, chi phí xây dựng hệ thống thấp, dễ dàng mở rộng phòng sạch, ở một số nơi có mục đích đặc biệt, bàn làm việc sạch không bụi có thể được sử dụng để nâng cao cấp độ phòng sạch.
Nhược điểm: Các hạt bụi sinh ra do sự nhiễu loạn không khí sẽ lơ lửng trong không gian kín và khó được thải ra, dễ làm ô nhiễm sản phẩm trong quá trình sản xuất. Ngoài ra, nếu hệ thống bị dừng rồi khởi động lại, thường mất nhiều thời gian để đạt được độ sạch cần thiết.
Dòng chảy tầng
Luồng khí chảy tầng chuyển động theo một đường thẳng đều. Không khí đi vào phòng qua bộ lọc có độ che phủ 100% và được thải ra ngoài qua sàn nâng hoặc các vách ngăn ở hai bên. Loại này thích hợp sử dụng trong môi trường phòng sạch có cấp độ sạch cao hơn, thường là cấp 1~100. Có hai loại:
(1) Luồng khí ngang: Không khí ngang được thổi ra từ bộ lọc theo một hướng duy nhất và được hệ thống khí hồi lưu đưa trở lại trên bức tường đối diện. Bụi được thải ra ngoài theo hướng gió. Nói chung, ô nhiễm nghiêm trọng hơn ở phía hạ lưu.
Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản, có thể đạt trạng thái ổn định trong thời gian ngắn sau khi vận hành.
Nhược điểm: Chi phí xây dựng cao hơn so với hệ thống dòng chảy rối, và không gian trong nhà khó mở rộng.
(2) Luồng khí laminar thẳng đứng: Trần phòng được phủ hoàn toàn bằng bộ lọc ULPA và không khí được thổi từ trên xuống dưới, có thể đạt được độ sạch cao hơn. Bụi sinh ra trong quá trình hoặc do nhân viên có thể được thải nhanh ra ngoài mà không ảnh hưởng đến các khu vực làm việc khác.
Ưu điểm: Dễ quản lý, trạng thái ổn định có thể đạt được trong thời gian ngắn sau khi bắt đầu vận hành, và không dễ bị ảnh hưởng bởi trạng thái hoạt động hoặc người vận hành.
Nhược điểm: Chi phí xây dựng cao, khó sử dụng không gian linh hoạt, giá treo trần chiếm nhiều diện tích, và việc sửa chữa, thay thế bộ lọc gặp nhiều rắc rối.
Loại hỗn hợp
Loại hỗn hợp là sự kết hợp hoặc sử dụng cả loại dòng chảy rối và loại dòng chảy tầng, có thể cung cấp không khí siêu sạch cục bộ.
(1) Đường hầm sạch: Sử dụng bộ lọc HEPA hoặc ULPA để bao phủ 100% khu vực xử lý hoặc khu vực làm việc nhằm nâng cao mức độ sạch sẽ lên trên Cấp 10, giúp tiết kiệm chi phí lắp đặt và vận hành.
Loại này yêu cầu khu vực làm việc của người vận hành phải được cách ly khỏi sản phẩm và việc bảo trì máy móc để tránh ảnh hưởng đến công việc và chất lượng trong quá trình bảo trì máy.
Đường hầm sạch có hai ưu điểm khác: A. Dễ dàng mở rộng linh hoạt; B. Việc bảo trì thiết bị có thể được thực hiện dễ dàng trong khu vực bảo trì.
(2) Ống sạch: Bao quanh và làm sạch dây chuyền sản xuất tự động mà dòng sản phẩm đi qua, và nâng cao mức độ sạch lên trên cấp 100. Vì sản phẩm, người vận hành và môi trường phát sinh bụi được cách ly với nhau, nên chỉ cần cung cấp một lượng nhỏ không khí cũng có thể đạt được độ sạch tốt, giúp tiết kiệm năng lượng và phù hợp nhất với các dây chuyền sản xuất tự động không cần lao động thủ công. Nó được áp dụng cho các ngành công nghiệp dược phẩm, thực phẩm và bán dẫn.
(3) Khu vực sạch: Mức độ sạch của khu vực xử lý sản phẩm trong phòng sạch có dòng khí xoáy với mức độ phòng sạch 10.000~100.000 được nâng lên 10~1000 hoặc cao hơn cho mục đích sản xuất; bàn làm việc sạch, nhà kho sạch, phòng sạch lắp ghép sẵn và tủ quần áo sạch thuộc loại này.
Bàn sạch: loại 1~100.
Buồng sạch: Là một không gian nhỏ được bao quanh bởi vải nhựa trong suốt chống tĩnh điện trong môi trường phòng sạch nhiễu động, sử dụng hệ thống lọc HEPA hoặc ULPA độc lập và các thiết bị điều hòa không khí để tạo thành không gian sạch cấp cao, đạt cấp độ 10~1000, chiều cao khoảng 2,5 mét và diện tích phủ khoảng 10m2 hoặc nhỏ hơn. Buồng có bốn cột và được trang bị bánh xe di động để sử dụng linh hoạt.
5. Luồng không khí
Tầm quan trọng của luồng không khí
Độ sạch của phòng sạch thường bị ảnh hưởng bởi luồng không khí. Nói cách khác, sự chuyển động và phát tán bụi do con người, các bộ phận máy móc, cấu trúc tòa nhà, v.v. tạo ra được kiểm soát bởi luồng không khí.
Phòng sạch sử dụng bộ lọc HEPA và ULPA để lọc không khí, với tỷ lệ thu gom bụi cao tới 99,97%~99,99995%, do đó không khí được lọc bởi bộ lọc này có thể nói là rất sạch. Tuy nhiên, ngoài con người, trong phòng sạch còn có các nguồn bụi khác như máy móc. Một khi bụi phát sinh lan rộng, việc duy trì không gian sạch sẽ là không thể, vì vậy cần phải sử dụng luồng khí để nhanh chóng thải bụi ra ngoài.
Các yếu tố ảnh hưởng
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến luồng không khí trong phòng sạch, chẳng hạn như thiết bị xử lý, nhân viên, vật liệu lắp ráp phòng sạch, thiết bị chiếu sáng, v.v. Đồng thời, điểm chuyển hướng luồng không khí phía trên thiết bị sản xuất cũng cần được xem xét.
Điểm chuyển hướng luồng khí trên bề mặt bàn thao tác hoặc thiết bị sản xuất thông thường nên được đặt ở vị trí cách 2/3 khoảng cách giữa không gian phòng sạch và vách ngăn. Bằng cách này, khi người vận hành làm việc, luồng khí có thể chảy từ bên trong khu vực xử lý ra khu vực thao tác và mang theo bụi; nếu điểm chuyển hướng được bố trí phía trước khu vực xử lý, nó sẽ trở thành một điểm chuyển hướng luồng khí không phù hợp. Lúc này, phần lớn luồng khí sẽ chảy về phía sau khu vực xử lý, và bụi do thao tác của người vận hành tạo ra sẽ bị mang theo về phía sau thiết bị, làm ô nhiễm bàn làm việc, và năng suất chắc chắn sẽ giảm.
Các vật cản như bàn làm việc trong phòng sạch sẽ tạo ra dòng xoáy tại điểm giao nhau, và độ sạch gần đó sẽ tương đối kém. Việc khoan một lỗ thông gió hồi lưu trên bàn làm việc sẽ giảm thiểu hiện tượng dòng xoáy; việc lựa chọn vật liệu lắp ráp có phù hợp hay không và bố trí thiết bị có hoàn hảo hay không cũng là những yếu tố quan trọng quyết định liệu luồng không khí có trở thành hiện tượng dòng xoáy hay không.
6. Thành phần cấu tạo của phòng sạch
Cấu tạo của phòng sạch bao gồm các hệ thống sau (không hệ thống nào là không thể thiếu trong các phân tử của hệ thống), nếu không sẽ không thể tạo thành một phòng sạch hoàn chỉnh và chất lượng cao:
(1) Hệ thống trần: bao gồm thanh trần, dầm chữ I hoặc dầm chữ U, lưới trần hoặc khung trần.
(2) Hệ thống điều hòa không khí: bao gồm cabin không khí, hệ thống lọc, cối xay gió, v.v.
(3) Vách ngăn: bao gồm cửa sổ và cửa ra vào.
(4) Sàn: bao gồm sàn nâng hoặc sàn chống tĩnh điện.
(5) Thiết bị chiếu sáng: Đèn LED phẳng thanh lọc.
Cấu trúc chính của phòng sạch thường được làm bằng thanh thép hoặc xi măng xương, nhưng dù là loại cấu trúc nào đi nữa, nó cũng phải đáp ứng các điều kiện sau:
A. Sẽ không xảy ra hiện tượng nứt vỡ do thay đổi nhiệt độ và rung động;
B. Việc tạo ra các hạt bụi không dễ dàng, và các hạt bụi cũng khó bám dính;
C. Độ hút ẩm thấp;
D. Để duy trì điều kiện độ ẩm trong phòng sạch, khả năng cách nhiệt phải cao;
7. Phân loại theo mục đích sử dụng
Phòng sạch công nghiệp
Mục đích chính của thiết bị này là kiểm soát các hạt bụi vô sinh. Nó chủ yếu kiểm soát sự ô nhiễm của các hạt bụi trong không khí đối với vật thể đang làm việc, và bên trong thiết bị thường duy trì trạng thái áp suất dương. Thiết bị này phù hợp với các ngành công nghiệp như công nghiệp cơ khí chính xác, công nghiệp điện tử (bán dẫn, mạch tích hợp, v.v.), công nghiệp hàng không vũ trụ, công nghiệp hóa chất tinh khiết cao, công nghiệp năng lượng nguyên tử, công nghiệp sản phẩm quang học và từ tính (sản xuất CD, phim, băng từ), màn hình LCD (kính tinh thể lỏng), ổ cứng máy tính, sản xuất đầu đọc thẻ nhớ máy tính và các ngành công nghiệp khác.
Phòng sạch sinh học
Chức năng chính là kiểm soát sự ô nhiễm do các hạt sinh vật (vi khuẩn) và hạt vô sinh (bụi) gây ra cho vật thể đang làm việc. Chức năng này có thể được chia thành:
A. Phòng sạch sinh học tổng quát: chủ yếu kiểm soát sự ô nhiễm của các tác nhân vi sinh (vi khuẩn). Đồng thời, vật liệu bên trong phải chịu được sự ăn mòn của các chất khử trùng khác nhau, và bên trong thường đảm bảo áp suất dương. Về cơ bản, vật liệu bên trong phải chịu được các phương pháp khử trùng khác nhau của phòng sạch công nghiệp. Ví dụ: ngành dược phẩm, bệnh viện (phòng mổ, phòng vô trùng), sản xuất thực phẩm, mỹ phẩm, đồ uống, phòng thí nghiệm động vật, phòng thí nghiệm kiểm tra hóa lý, trạm máu, v.v.
B. Phòng sạch an toàn sinh học: chủ yếu kiểm soát sự ô nhiễm của các hạt sinh vật từ vật thể đang làm việc ra môi trường bên ngoài và con người. Áp suất bên trong phải được duy trì ở mức âm so với khí quyển. Ví dụ: vi khuẩn học, sinh học, phòng thí nghiệm sạch, kỹ thuật vật lý (gen tái tổ hợp, bào chế vắc-xin).
Thời gian đăng bài: 07/02/2025