Thi công phòng sạch điện tử

Tĩnh điện (ESD)

• Khi con người đi lại, quần áo cọ xát hoặc máy móc vận hành, điện tích có thể tích tụ lên đến vài nghìn volt.
• Chỉ cần 20–30 volt phóng điện (mức con người không thể cảm nhận được) cũng đủ để phá hỏng một chip bán dẫn vốn chỉ chịu được vài volt.
• Hậu quả của ESD thường không xảy ra tức thì mà có thể gây ra lỗi tiềm ẩn – sản phẩm qua kiểm tra vẫn đạt, nhưng sau khi bán ra thị trường thì hỏng. Điều này gây tổn thất uy tín và chi phí bảo hành rất lớn.

Đây là lý do tại sao trong phòng sạch điện tử, hệ thống chống ESD là bắt buộc: sàn chống tĩnh điện, bàn ghế ESD, trang phục ESD, vòng đeo tay nối đất và hệ thống giám sát ESD liên tục.

Biến động môi trường

• Nhiệt độ: dao động nhỏ cũng làm vật liệu giãn nở hoặc co lại, ảnh hưởng đến độ chính xác khi hàn và lắp ráp.
• Độ ẩm: thấp quá thì tăng nguy cơ ESD, cao quá thì gây oxy hóa, ăn mòn linh kiện.
• Rung động & tiếng ồn: đặc biệt nguy hiểm trong sản xuất bán dẫn và cảm biến, vì dao động nhỏ cũng có thể làm sai lệch quá trình quang khắc hoặc đo lường.

Do đó, phòng sạch điện tử không chỉ cần sạch bụi, chống ESD, mà còn phải duy trì môi trường ổn định tuyệt đối: Nhiệt độ: 22 ± 2°C. Độ ẩm: 40 – 60%. Nền chống rung, hệ thống HVAC giảm tiếng ồn.

Trong ngành điện tử, phòng sạch là một hệ sinh thái kiểm soát toàn diện: bụi – ESD – môi trường – rung động. Chỉ khi hội đủ các yếu tố này, phòng sạch mới thực sự bảo vệ được sản phẩm công nghệ cao.

3. Các yếu tố kỹ thuật đặc thù trong thiết kế thi công phòng sạch điện tử

Một phòng sạch điện tử đạt chuẩn không chỉ “sạch” mà phải được xây dựng như một hệ sinh thái đồng bộ. Ở đó, mọi thành phần – từ vật liệu xây dựng, hệ thống khí, chống tĩnh điện cho đến quy trình nhân sự – đều phải kết hợp chặt chẽ. Có thể chia thành 5 hạng mục lớn sau:

Kiến trúc & vật liệu khi thiết kế phòng sạch

• Sàn: sử dụng sàn epoxy hoặc vinyl dẫn điện để kiểm soát ESD; bề mặt liền mạch, dễ vệ sinh.
• Tường & trần: panel sandwich với lớp bề mặt nhẵn, không bám bụi, kháng hóa chất. Kết cấu kín khít để tránh rò rỉ khí.
• Cửa & airlock: thiết kế nhiều lớp cửa, có cơ chế khóa liên động để ngăn bụi và giữ chênh lệch áp suất.
  Đây chính là “lớp vỏ bảo vệ” của phòng sạch – nếu sai ngay từ đầu, mọi hệ thống khác đều mất tác dụng.

Hệ thống HVAC & lọc khí trong phòng sạch điện tử

• Lọc khí:
  • HEPA: hiệu quả ≥99,97% cho hạt ≥0,3 µm, dùng cho ISO 6–7.
  • ULPA: hiệu quả ≥99,9995% cho hạt ≥0,12 µm, dùng cho ISO 3–5.
• Luồng khí: phòng sạch điện tử cần laminar flow (một chiều) để cuốn bụi ra khỏi khu vực sản xuất. Khác với ngành dược thường dùng turbulent flow (rối) chỉ để phân tán vi khuẩn.
• Áp suất: duy trì áp suất dương giữa các phòng để ngăn bụi xâm nhập.
• Khí tươi: phải được xử lý (lọc – điều hòa – kiểm soát ẩm) trước khi đưa vào.

HVAC chính là “trái tim” của phòng sạch điện tử, chiếm đến 50–60% tổng chi phí đầu tư.

Hệ thống kiểm soát tĩnh điện (ESD control) trong thi công phòng sạch điện tử

Trong ngành điện tử, chống ESD không phải là “một vài biện pháp”, mà là cả một hệ sinh thái bảo vệ gọi là EPA – Electrostatic Protected Area.

• Vật liệu: sàn, bàn thao tác, ghế, kệ đều chống tĩnh điện và nối đất.
• Con người: nhân viên mặc trang phục ESD, giày dẫn điện, găng tay, vòng đeo tay nối đất.
• Thiết bị: tất cả dụng cụ đo, lắp ráp đều phải nằm trong vùng bảo vệ ESD.
• Giám sát: hệ thống monitor ESD liên tục, cảnh báo khi điện trở vượt ngưỡng.

Nhiều lỗi sản phẩm trong ngành PCB hay bán dẫn xuất phát từ việc thiếu kiểm soát ESD đồng bộ, dẫn đến hỏng hóc ngẫu nhiên, khó truy nguyên nhân.

Hệ thống giám sát & bảo trì khi thiết kế phòng sạch

Một phòng sạch điện tử không thể “xây xong để đó”. Nó cần được theo dõi liên tục và bảo trì định kỳ.

• Giám sát online: cảm biến đo bụi, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất; dữ liệu được ghi lại để truy xuất khi có sự cố sản phẩm.
• Bảo trì định kỳ: thay lọc HEPA/ULPA đúng chu kỳ (6–12 tháng), hiệu chuẩn thiết bị đo lường, vệ sinh panel và sàn bằng dung dịch chuyên dụng.
• Audit phòng sạch: kiểm tra toàn diện hàng năm theo ISO 14644 để đảm bảo duy trì cấp độ sạch.

Đây là bước nhiều doanh nghiệp bỏ qua, dẫn đến việc phòng sạch mất chuẩn sau 1–2 năm, gây lỗi sản phẩm hàng loạt.

Quy trình nhân sự & vận hành trong phòng sạch điện tử

Theo thống kê, 80% bụi trong phòng sạch đến từ con người. Vì vậy, kỹ thuật chỉ là một phần, còn lại là kỷ luật vận hành.

• Trang phục bảo hộ: nhân viên phải mặc đầy đủ suit ESD, khẩu trang, găng tay, mũ, giày chuyên dụng.
• Air Shower & phòng thay đồ: loại bỏ bụi bám trên quần áo trước khi vào khu vực sạch.
• Quy trình di chuyển: thiết kế luồng đi riêng cho nhân viên, vật liệu, thành phẩm để tránh ô nhiễm chéo.
• Đào tạo: nhân sự phải được huấn luyện thường xuyên về quy tắc phòng sạch.

Không ít nhà máy đầu tư hệ thống hiện đại nhưng thất bại chỉ vì nhân viên không tuân thủ quy trình.

Tóm lại, phòng sạch điện tử thành công khi 5 yếu tố trên vận hành đồng bộ. Chỉ cần một mắt xích yếu (ví dụ sàn ESD không nối đất, nhân viên không mặc đúng đồ bảo hộ, hay lọc khí không được thay định kỳ), toàn bộ hệ thống sẽ mất tác dụng và sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp.