Sản xuất bán dẫn là một trong những lĩnh vực yêu cầu phòng sạch nghiêm ngặt nhất. Các công đoạn như quang khắc, xử lý wafer, lắng đọng màng mỏng, khắc plasma, đóng gói chip hoặc kiểm tra linh kiện đều nhạy cảm với hạt bụi trong không khí.

Khác với nhà máy thông thường, hạt bụi trong bán dẫn không chỉ gây bẩn bề mặt. Nếu rơi vào sai vị trí trên wafer hoặc linh kiện, hạt bụi có thể tạo lỗi mạch, giảm tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn và làm tăng chi phí sản xuất.

Vì vậy, hệ thống HVAC, lọc khí và Fan Filter Unit – FFU phải được thiết kế đồng bộ để kiểm soát hạt, luồng khí, áp suất, nhiệt độ, độ ẩm và độ ổn định của môi trường sản xuất.

FFU là gì trong phòng sạch bán dẫn?

FFU là thiết bị tích hợp quạt và bộ lọc hiệu suất cao, thường được lắp trên trần phòng sạch hoặc clean booth. Không khí được hút từ phía trên, đi qua quạt, sau đó qua bộ lọc HEPA hoặc ULPA trước khi được cấp xuống vùng sạch.

Trong sản xuất bán dẫn, FFU có ba nhiệm vụ chính:

  • Cấp khí sạch trực tiếp vào vùng thao tác.
  • Tạo luồng khí ổn định để đẩy hạt ra khỏi khu vực nhạy cảm.
  • Hỗ trợ duy trì cấp sạch theo yêu cầu thiết kế.

So với hệ thống cấp khí tập trung qua ống gió, FFU có lợi thế ở tính module. Doanh nghiệp có thể bố trí nhiều FFU theo từng vùng sạch, từng dây chuyền hoặc từng khu vực cần kiểm soát hạt cao hơn.

ISO 14644 và yêu cầu kiểm soát hạt trong bán dẫn

ISO 14644-1 phân loại phòng sạch dựa trên nồng độ hạt trong không khí. Cấp ISO càng thấp thì yêu cầu càng sạch. Trong bán dẫn, tùy công đoạn, phòng sạch có thể cần từ ISO Class 5 đến ISO Class 3, thậm chí nghiêm ngặt hơn ở một số vùng đặc biệt.

Điểm quan trọng là không nên chọn FFU chỉ theo cảm tính. Cấp sạch mục tiêu sẽ quyết định số lượng FFU, mật độ phủ trần, loại bộ lọc, lưu lượng gió, vận tốc gió và chiến lược hồi gió.

Khu vực trong bán dẫn Mức yêu cầu khí sạch thường gặp Vai trò của FFU
Khu xử lý wafer Kiểm soát hạt nghiêm ngặt Cấp khí sạch ổn định, giảm hạt rơi vào bề mặt
Khu quang khắc Rất nhạy với bụi và sai lệch môi trường Hỗ trợ luồng khí đều, hạn chế nhiễm hạt
Khu lắp ráp linh kiện Cần kiểm soát bụi mịn Cấp khí sạch cục bộ theo dây chuyền
Khu kiểm tra, đóng gói Cần môi trường ổn định Hạn chế bụi, hỗ trợ thao tác chính xác
Clean booth bán dẫn Vùng sạch cục bộ Tăng tính linh hoạt, dễ mở rộng

HEPA hay ULPA: chọn bộ lọc nào cho sản xuất bán dẫn?

Bộ lọc là phần quyết định khả năng giữ hạt của FFU. Trong phòng sạch bán dẫn, hai nhóm lọc thường gặp là HEPA và ULPA.

HEPA thường được dùng cho các khu vực sạch yêu cầu cao nhưng chưa đến mức cực kỳ nghiêm ngặt. Một số bộ lọc HEPA như H13 có thể đạt hiệu suất 99,99% với hạt 0,3µm.

ULPA có hiệu suất cao hơn, thường được cân nhắc cho các khu vực bán dẫn nhạy cảm hơn, nơi cần kiểm soát hạt siêu mịn. Một số cấu hình ULPA có thể đạt hiệu suất 99,999% với hạt khoảng 0,12µm.

Loại lọc Đặc điểm Khi nào cân nhắc
HEPA Hiệu suất cao, phù hợp nhiều phòng sạch công nghiệp Khu lắp ráp, đóng gói, kiểm tra, clean booth
ULPA Hiệu suất lọc cao hơn, kiểm soát hạt mịn tốt hơn Wafer, quang khắc, bán dẫn yêu cầu cấp sạch cao

Không nên chọn ULPA chỉ vì thông số cao hơn. Bộ lọc càng cao cấp thường càng tạo trở lực lớn hơn, ảnh hưởng đến lưu lượng, áp suất, độ ồn và năng lượng tiêu thụ. Lựa chọn đúng cần dựa trên cấp sạch, quy trình sản xuất và kết quả thẩm định tại hiện trường.

Các thông số FFU cần kiểm tra trong phòng sạch bán dẫn

Khi chọn FFU phòng sạch bán dẫn, cần đánh giá nhiều thông số cùng lúc:

Thông số Ý nghĩa kỹ thuật
Lưu lượng gió Lượng không khí sạch FFU cấp trong một giờ
Vận tốc gió Ảnh hưởng đến độ đều của luồng khí tại vùng thao tác
Áp suất tĩnh Khả năng thắng trở lực của bộ lọc và hệ thống
Độ ồn Ảnh hưởng đến môi trường làm việc và khu kiểm tra
Công suất Liên quan đến tiêu thụ điện khi vận hành liên tục
Hiệu suất lọc Quyết định khả năng giữ hạt bụi mịn
Tuổi thọ bộ lọc Phụ thuộc tải bụi, thời gian vận hành và chênh áp lọc

Trong sản xuất bán dẫn, FFU thường vận hành nhiều giờ liên tục. Vì vậy, độ ổn định lưu lượng, độ ồn thấp, tiết kiệm năng lượng và khả năng thay lọc thuận tiện là các yếu tố rất quan trọng.

Bố trí FFU trên trần: không chỉ là lắp đủ số lượng

Một lỗi phổ biến là chỉ tính số lượng FFU theo diện tích mà chưa xem xét layout thực tế. Trong phòng sạch bán dẫn, FFU cần phối hợp với đèn, miệng hồi gió, thiết bị sản xuất, trần kỹ thuật và hướng thao tác.

Khi bố trí FFU, cần kiểm tra:

  • Luồng khí có đi đúng vùng nhạy cảm không?
  • FFU có bị che bởi máy móc hoặc kết cấu treo trần không?
  • Có đủ không gian để thay bộ lọc sau này không?
  • Độ ồn tổng thể khi nhiều FFU vận hành cùng lúc có phù hợp không?
  • Luồng khí có gây nhiễu đến thao tác hoặc thiết bị đo không?

Với các khu vực cần kiểm soát hạt cao, mật độ FFU có thể lớn hơn nhiều so với phòng sạch thông thường. Vì vậy, layout trần cần được phối hợp ngay từ giai đoạn thiết kế HVAC.

Giải pháp FFU VCR cho môi trường bán dẫn

FFU VCR cung cấp các dòng Fan Filter Unit với nhiều kích thước, vật liệu chế tạo và tùy chọn bộ lọc HEPA hoặc ULPA, phù hợp cho phòng sạch điện tử, bán dẫn, phòng thí nghiệm, dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm và bệnh viện.

Kết luận

FFU trong sản xuất bán dẫn là thiết bị quan trọng để kiểm soát hạt bụi, cấp khí sạch và duy trì môi trường phù hợp cho các công đoạn nhạy cảm. Khác với nhiều ngành sản xuất khác, bán dẫn yêu cầu mức kiểm soát rất cao vì hạt bụi nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến chất lượng linh kiện.

Để chọn đúng FFU, doanh nghiệp cần đánh giá đồng thời cấp sạch ISO 14644, loại bộ lọc HEPA/ULPA, lưu lượng gió, vận tốc gió, áp suất tĩnh, độ ồn, công suất, layout trần và kế hoạch thay lọc. Khi được thiết kế đúng từ đầu, hệ thống FFU giúp phòng sạch bán dẫn vận hành ổn định, linh hoạt và dễ mở rộng hơn.

FAQ

1. FFU có vai trò gì trong sản xuất bán dẫn?
FFU cấp khí sạch qua bộ lọc HEPA hoặc ULPA, giúp kiểm soát hạt bụi và duy trì môi trường sạch cho các công đoạn nhạy cảm như wafer, lắp ráp, kiểm tra và đóng gói.

2. Phòng sạch bán dẫn nên dùng HEPA hay ULPA?
HEPA phù hợp nhiều khu vực sản xuất và kiểm tra. ULPA nên cân nhắc cho khu vực yêu cầu kiểm soát hạt mịn nghiêm ngặt hơn, như wafer hoặc quang khắc.

3. Có thể dùng FFU để tạo clean booth bán dẫn không?
Có. FFU dạng module rất phù hợp để tạo vùng sạch cục bộ trong clean booth, khu kiểm tra linh kiện hoặc khu thao tác cần kiểm soát bụi cao hơn môi trường xung quanh.

4. Vì sao không nên chọn FFU chỉ theo lưu lượng gió?
Vì FFU còn cần phù hợp với bộ lọc, áp suất tĩnh, độ ồn, công suất, layout trần, cấp sạch mục tiêu và kế hoạch bảo trì sau vận hành.

5. Khi nào cần thay bộ lọc FFU trong phòng sạch bán dẫn?
Cần theo dõi chênh áp, lưu lượng, kết quả đo hạt và thời gian vận hành. Khi lưu lượng giảm, chênh áp tăng hoặc kết quả kiểm soát hạt không đạt, nên kiểm tra và thay lọc.