CDA ย่อมาจาก Clean Dry Air ภาษาไทยเรียกว่าอากาศแห้งสะอาด มันไม่ใช่ก๊าซพิเศษที่ซื้อมาเป็นถัง แต่คืออากาศจากบรรยากาศที่ผ่านการอัดแล้วกำจัดน้ำ น้ำมัน และอนุภาคออก ปัญหาที่แท้จริงอยู่ที่ว่า「กำจัดได้สะอาดแค่ไหน」—— ชื่อเรียก CDA เหมือนกัน แต่คำจำกัดความของแต่ละโรงงานอาจต่างกันได้หลายระดับ
CDA คืออะไร：องค์ประกอบเหมือนอากาศ ต่างกันตรงที่อะไรถูกเอาออกไป
องค์ประกอบของ CDA ก็คืออากาศ：ไนโตรเจนราว 78% ออกซิเจน 21% อาร์กอน 0.93% ที่เหลือเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซมีตระกูลในปริมาณเล็กน้อย ความต่างจากอากาศอัดทั่วไปไม่ได้อยู่ที่「มีอะไรเพิ่มขึ้น」แต่อยู่ที่「อะไรหายไป」—— ไอน้ำ น้ำมัน และอนุภาคถูกกำจัดจนต่ำกว่าระดับที่กำหนด
ดังนั้น CDA จึงไม่ใช่สเปกตายตัว แต่เป็นคำเรียกเชิงเปรียบเทียบ วงการนิยมแบ่งอากาศอัดตามการใช้งานเป็นสามระดับ และ CDA มักอยู่ในสองระดับหลัง：
| ประเภท | การใช้งานทั่วไป | ข้อกำหนด ISO 8573-1 ที่พบบ่อย |
|---|---|---|
| อากาศโรงงาน (Plant Air) | เครื่องมือลม การเป่าลมทั่วไป | เน้นคุมแค่ความชื้น ราวความชื้น Class 4～5 |
| อากาศสำหรับเครื่องมือวัด (Instrument Air) | วาล์วควบคุมแบบนิวแมติก เซนเซอร์ เครื่องมือวัด | มักตีความเป็น [2:≤4:3] |
| อากาศสำหรับกระบวนการ (Process Air) | อากาศสัมผัสผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการโดยตรง | มักกำหนดจุดน้ำค้างภายใต้ความดัน −40°C ถึง −70°C คือความชื้น Class 1～2 |
CDA ที่โรงงานเซมิคอนดักเตอร์ โรงงานจอแสดงผล และโรงงานอิเล็กทรอนิกส์พูดถึง มักเป็นระดับอากาศสำหรับกระบวนการ：ขั้นทำแห้งใช้เครื่องทำลมแห้งแบบดูดความชื้น น้ำมันทำให้ถึง Class 1 แล้วเสริมด้วยการกรองอนุภาคที่ปลายทาง ค่าจริงแต่ละโรงงานกำหนดไม่เหมือนกัน ตอนจัดซื้อและตรวจรับต้องยึดสเปกที่เป็นลายลักษณ์อักษรเสมอ อย่าเขียนไว้แค่สามตัวอักษร「CDA」
CDA ใช้ที่ไหน：สี่สถานการณ์รูปธรรม
- ▸วาล์วลมและกระบอกสูบลม：วาล์วเปิดปิดบนเครื่องจักรและกลไกขนย้ายเวเฟอร์ส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วย CDA เมื่อไอน้ำในอากาศควบแน่นในตัววาล์ว โซลินอยด์วาล์วจะติดขัดหรือทำงานช้าลง แต่สาเหตุที่เครื่องหยุดกลับดูออกได้ยากในแวบเดียว
- ▸การเป่าไล่และการทำให้แห้ง：ชิ้นส่วน จิ๊ก และแคร์ริเออร์ที่ล้างเสร็จแล้วใช้ CDA เป่าให้แห้ง ถ้าอากาศมีน้ำมันปน ยิ่งเป่านานผิวกลับยิ่งสกปรก
- ▸เครื่องมือวัดและการควบคุม：วาล์วควบคุมแบบนิวแมติกและเครื่องส่งสัญญาณความดันทำงานด้วยแรงดันลมที่เสถียร น้ำและน้ำมันจะทำให้ค่าที่อ่านได้เลื่อนและไดอะแฟรมเสื่อมสภาพ
- ▸การเป่าไล่ภายในอุปกรณ์：ตู้ควบคุมไฟฟ้าหรือโมดูลออปติกใช้ CDA รักษาความดันบวกเล็กน้อย เพื่อกันฝุ่นและความชื้นจากภายนอก การใช้งานแบบนี้มักต้องการความสะอาดสูงกว่าการขับกระบอกสูบลมเสียอีก
อ่าน ISO 8573-1 ให้เข้าใจ：ตัวเลขสามตัวหมายถึงอะไร
คุณภาพของอากาศอัดมักอธิบายด้วย ISO 8573-1 มาตรฐานนี้แบ่งสารปนเปื้อนเป็นสามกลุ่ม จัดระดับแยกกันแต่ละกลุ่ม แล้วเขียนเป็นตัวเลขสามตัว：[อนุภาค:ความชื้น:น้ำมัน] ตัวอย่างเช่น ISO 8573-1:2010 [1:2:1] หมายถึงอนุภาค Class 1 ความชื้น Class 2 น้ำมัน Class 1 ตัวเลขยิ่งน้อยยิ่งสะอาด และทั้งสามรายการเป็นอิสระต่อกัน
| ระดับ | อนุภาค 0.1–0.5 μm (จำนวนต่อ m³) | อนุภาค 0.5–1 μm | อนุภาค 1–5 μm | ความชื้น (จุดน้ำค้างภายใต้ความดัน) | น้ำมัน (ปริมาณน้ำมันรวม) |
|---|---|---|---|---|---|
| Class 0 | ผู้ใช้หรือผู้จำหน่ายเป็นผู้กำหนด ต้องเข้มกว่า Class 1 | เหมือนช่องซ้าย | เหมือนช่องซ้าย | เหมือนช่องซ้าย | เหมือนช่องซ้าย |
| Class 1 | ≤20,000 | ≤400 | ≤10 | ≤ −70°C | ≤0.01 mg/m³ |
| Class 2 | ≤400,000 | ≤6,000 | ≤100 | ≤ −40°C | ≤0.1 mg/m³ |
| Class 3 | ไม่กำหนด | ≤90,000 | ≤1,000 | ≤ −20°C | ≤1 mg/m³ |
| Class 4 | ไม่กำหนด | ไม่กำหนด | ≤10,000 | ≤ +3°C | ≤5 mg/m³ |
การอ่านตารางนี้มีความเข้าใจผิดที่พบบ่อยสามข้อ：
- 1Class 0 ไม่ได้แปลว่า「ศูนย์」 แต่หมายถึง「ทั้งสองฝ่ายกำหนดเพิ่มเติมกันเอง และต้องเข้มกว่า Class 1」 เอกสารสเปกที่เขียนแค่ Class 0 โดยไม่มีตัวเลข ก็เท่ากับไม่ได้เขียนอะไรเลย
- 2น้ำมันในที่นี้หมายถึงผลรวมของน้ำมันที่เป็นของเหลว ละอองน้ำมัน และไอน้ำมัน เครื่องอัดอากาศปลอดน้ำมันแปลว่าแค่ไม่ใช้น้ำมันในกระบวนการอัด แต่บรรยากาศที่ดูดเข้ามาเองก็มีไฮโดรคาร์บอนอยู่แล้ว ทางออกจึงยังต้องกรอง
- 3ระดับความชื้นดูที่จุดน้ำค้างภายใต้ความดัน ไม่ใช่จุดน้ำค้างที่ความดันบรรยากาศ ความต่างของทั้งสองอธิบายไว้ในหัวข้อถัดไป
จุดน้ำค้าง：จุดน้ำค้างภายใต้ความดันกับจุดน้ำค้างที่ความดันบรรยากาศไม่ใช่สิ่งเดียวกัน
จุดน้ำค้างคืออุณหภูมิที่อากาศเย็นลงจนเริ่มเกิดหยดน้ำ ตัวเลขยิ่งต่ำยิ่งแห้ง แต่อากาศก้อนเดียวกัน ถ้าวัดภายใต้ความดันในท่อ กับวัดหลังระบายความดันออกสู่บรรยากาศแล้ว จุดน้ำค้างจะต่างกันมาก：ความดันยิ่งสูง ไอน้ำยิ่งควบแน่นง่าย จุดน้ำค้างภายใต้ความดันจึงสูงกว่าจุดน้ำค้างที่ความดันบรรยากาศเสมอ
| จุดน้ำค้างภายใต้ความดัน (ที่ 0.7 MPa(g)) | จุดน้ำค้างหลังระบายความดันสู่บรรยากาศ | ความเข้มข้นเชิงปริมาตรของไอน้ำ |
|---|---|---|
| +3°C (พบบ่อยในเครื่องทำลมแห้งแบบทำความเย็น) | ราว −21°C | ราว 950 ppm |
| −40°C (พบบ่อยในเครื่องทำลมแห้งแบบดูดความชื้น) | ราว −57°C | ราว 16 ppm |
| −70°C (ความชื้น Class 1) | ราว −83°C | ราว 0.33 ppm |
ความผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดในทางปฏิบัติ คือสเปกเขียนว่า「จุดน้ำค้าง −40°C」แต่ไม่ระบุว่าเป็นแบบไหน ผู้จำหน่ายเสนอราคาด้วยจุดน้ำค้างที่ความดันบรรยากาศ ฝั่งผู้ใช้ตรวจรับด้วยจุดน้ำค้างภายใต้ความดัน ต่างฝ่ายต่างยืนยันว่าตัวเองไม่ผิด แต่ตัวเลขห่างกันสิบกว่าองศา เอกสารสเปกจึงต้องเขียนให้ชัดว่า「จุดน้ำค้างภายใต้ความดัน ที่ X MPa(g)」
เครื่องวัดจุดน้ำค้างเหมาะกับการเฝ้าดูสภาพของเครื่องทำลมแห้ง แต่มันมองเห็นได้แค่น้ำ เมื่อสเปกขยับเข้าสู่ระดับ ppb หรือ ppt หรือเริ่มควบคุมคาร์บอนไดออกไซด์ สารอินทรีย์ กรดและด่าง ก็เกินขอบเขตที่จุดน้ำค้างจะอธิบายได้แล้ว ส่วนนี้อ่านเพิ่มเติมได้ที่วิเคราะห์เทคโนโลยี XCDA
ระบบ CDA ประกอบด้วยอุปกรณ์อะไรบ้าง
A CDA system: each device handles one contaminant
Top row left to right, bottom row right to left; tags show the ISO 8573-1 class each device typically reaches
The order matters. If the coalescing filter does not stop oil aerosol first, oil fouls the desiccant; without a particulate filter after a desiccant dryer, desiccant dust travels into the header.
อุปกรณ์แต่ละตัวในระบบ CDA รับผิดชอบสารปนเปื้อนเพียงชนิดเดียว ถ้าจัดลำดับผิด อุปกรณ์ตัวหลังก็จะพังเพราะสิ่งที่หลุดมาจากตัวก่อนหน้า
| อุปกรณ์ | สิ่งที่รับผิดชอบกำจัด | ระดับที่ทำได้ (ทั่วไป) | ข้อควรระวัง |
|---|---|---|---|
| อาฟเตอร์คูลเลอร์ + เครื่องแยกน้ำ | น้ำที่เป็นของเหลวส่วนใหญ่ | ยังไม่ถึงขั้นพูดเรื่องระดับ | กำจัดได้แค่น้ำที่เป็นของเหลว ไอน้ำยังอยู่ จุดน้ำค้างจึงไม่ลดลง |
| ไส้กรองแบบ coalescing (ด้านหน้า) | ละอองน้ำมัน ละอองน้ำ และอนุภาค | น้ำมัน Class 2～4 | ต้องติดตั้งก่อนเครื่องทำลมแห้งแบบดูดความชื้นเสมอ เพราะละอองน้ำมันทำให้สารดูดความชื้นเสื่อม |
| เครื่องทำลมแห้งแบบทำความเย็น | ไอน้ำ | ความชื้น Class 4～6 | ถ้าท่อผ่านจุดที่เย็นกว่าจุดน้ำค้าง ก็ยังเกิดหยดน้ำได้ |
| เครื่องทำลมแห้งแบบดูดความชื้น | ไอน้ำ | ความชื้น Class 1～3 | ตอนฟื้นสภาพจะใช้อากาศอัดไปส่วนหนึ่ง |
| ไส้กรองอนุภาค (ด้านหลัง) | อนุภาค รวมถึงฝุ่นจากการสึกของสารดูดความชื้น | อนุภาค Class 1～2 | ต้องติดตั้งหลังเครื่องทำลมแห้งแบบดูดความชื้นเสมอ |
| หอคาร์บอนกัมมันต์กำจัดน้ำมันหรือตัวเร่งปฏิกิริยา | ไอน้ำมัน | น้ำมัน Class 1 | ต้องกำจัดน้ำมันที่เป็นของเหลว น้ำ และอนุภาคออกก่อนถึงตัวนี้ |
ในบรรดานี้ รายการที่ถูกมองข้ามง่ายที่สุดคือรายการสุดท้าย ไส้กรองแบบ coalescing ดักละอองน้ำมันได้ แต่ดักไอน้ำมันที่ระเหยเป็นไอแล้วไม่ได้ ถ้าจะให้น้ำมันถึง Class 1 (≤0.01 mg/m³) โดยทั่วไปต้องต่อขั้นกำจัดน้ำมันด้วยคาร์บอนกัมมันต์หรือตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มอีกช่วงหนึ่ง
เลือกเครื่องทำลมแห้งอย่างไร：แบบทำความเย็นหรือแบบดูดความชื้น
| ประเภท | จุดน้ำค้างภายใต้ความดันทั่วไป | อากาศอัดที่ใช้ฟื้นสภาพ | เหมาะกับ |
|---|---|---|---|
| แบบทำความเย็น | +3°C～+10°C | ไม่ต้องใช้ ส่วนใหญ่กินไฟฟ้า | เครื่องมือลมทั่วไป ท่อประธานในอาคารที่อุณหภูมิคงที่ |
| แบบดูดความชื้นฟื้นสภาพไม่ใช้ความร้อน (heatless) | −40°C ทำได้ถึง −70°C | ราว 15%～20% ของอัตราการไหลพิกัด | อัตราการไหลน้อยถึงปานกลาง ต้องการจุดน้ำค้างต่ำ |
| แบบดูดความชื้นฟื้นสภาพด้วยความร้อน | −40°C～−70°C | ราวครึ่งหนึ่งของแบบไม่ใช้ความร้อน และใช้ไฟฟ้าสำหรับฮีตเตอร์เพิ่ม | อัตราการไหลปานกลางถึงสูง |
| แบบดูดความชื้นฟื้นสภาพด้วยโบลเวอร์ | −40°C～−70°C | น้อยมาก ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้าของโบลเวอร์และฮีตเตอร์ | อัตราการไหลสูง ใส่ใจการสูญเสียอากาศอัด |
แบบฟื้นสภาพไม่ใช้ความร้อนมีรายละเอียดหนึ่งที่น้อยคนสังเกต：เมื่อเดินเครื่องแบบรอบเวลาคงที่ ปริมาณลมฟื้นสภาพจะตั้งไว้ตามอัตราการไหลพิกัดของเครื่องทำลมแห้ง และไม่ลดลงตามปริมาณการใช้ลมจริง เมื่อเครื่องทำลมแห้งเดินแค่ครึ่งโหลด สัดส่วนของลมฟื้นสภาพเทียบกับปริมาณการใช้ลมจริงอาจสูงขึ้นถึง 30%～40% การติดตั้งระบบควบคุมตามจุดน้ำค้าง (dew point demand control) เพิ่ม ให้ยังไม่สลับถังตราบใดที่สารดูดความชื้นยังดูดซับไม่เต็ม คือวิธีที่ตรงที่สุดในการเอาลมที่สิ้นเปลืองส่วนนี้กลับคืนมา
ท่อของ CDA ต้องระวังอะไรบ้าง
- ▸วัสดุ：ท่อเหล็กกล้าคาร์บอนและท่อเหล็กชุบสังกะสีใช้นานไปจะเป็นสนิม และเศษสนิมจะกลายเป็นแหล่งอนุภาคของจุดที่อยู่ปลายทาง โรงงานที่ต้องการความสะอาดสูงมักใช้ท่อสเตนเลสหรือท่ออะลูมิเนียมอัลลอย ส่วนท่อประธานอย่าใช้ท่อ PVC เพราะเมื่อแตกขณะรับความดัน เศษท่อจะกระเด็นกระจาย
- ▸การระบายน้ำ：ระบบที่ใช้เครื่องทำลมแห้งแบบทำความเย็น ท่อประธานต้องมีความลาดเอียงและติดตั้งอุปกรณ์ระบายน้ำที่จุดต่ำ ไม่เช่นนั้นเมื่ออากาศเย็นลงตามฤดูกาล น้ำควบแน่นจะไหลตามท่อเข้าเครื่องจักร
- ▸วิธีต่อท่อแยก：ต่อท่อแยกออกจากด้านบนของท่อประธาน จะช่วยไม่ให้น้ำที่ขังอยู่ก้นท่อไหลเข้าท่อแยกโดยตรง
- ▸การกรองปลายทาง：คงไส้กรองอนุภาคไว้หนึ่งตัวที่ทางเข้าเครื่องจักร เพื่อดักอนุภาคที่ตัวท่อเองสร้างขึ้น
ถ้าเครื่องจักรบางเครื่องต้องอัปเกรดเป็น XCDA ท่อที่อยู่หลังเครื่องทำบริสุทธิ์จะเป็นอีกระดับหนึ่งโดยสิ้นเชิง ทั้งวัสดุและวิธีติดตั้งต้องทำใหม่ทั้งหมด รายละเอียดดูที่แนวปฏิบัติการอัปเกรด CDA เป็น XCDA
เมื่อไรที่ CDA ไม่พอ
เมื่ออากาศเป่าตรงลงบนเวเฟอร์ โฟโตมาสก์ หรือชิ้นส่วนออปติก และข้อกำหนดของเครื่องจักรเริ่มมีตัวชี้วัดระดับ ppt ของ H₂O สารอินทรีย์ กรด และด่าง ก็ถือว่าเกินขอบเขตที่ ISO 8573-1 อธิบายได้แล้ว ตอนนั้นสิ่งที่ต้องการคือ XCDA：ต่อเครื่องทำก๊าซบริสุทธิ์อีกหนึ่งชุดหลัง CDA เพื่อกดสารปนเปื้อนระดับโมเลกุลลงถึงระดับ ppt
ในทางกลับกัน งานลม งานเป่าไล่ และงานเครื่องมือวัดส่วนใหญ่ ใช้ CDA ก็เพียงพอแล้ว วิธีที่สมจริงคือจ่ายลมแบบแบ่งระดับ：CDA จ่ายให้การใช้งานส่วนใหญ่ ส่วน XCDA ส่งไปเฉพาะเครื่องจักรที่ต้องการจริง ๆ
คำถามที่พบบ่อย
Q：ก๊าซ CDA มีองค์ประกอบอะไร เหมือนอากาศทั่วไปหรือไม่
เหมือนกัน CDA ก็คืออากาศ มีไนโตรเจนราว 78% ออกซิเจน 21% อาร์กอน 0.93% ความต่างอยู่ที่ไอน้ำ น้ำมัน และอนุภาคถูกกำจัดจนต่ำกว่าระดับที่กำหนด มันจึงไม่ใช่ก๊าซบรรจุถัง แต่เป็นก๊าซสาธารณูปโภคที่โรงงานผลิตขึ้นเองด้วยเครื่องอัดอากาศร่วมกับอุปกรณ์ทำแห้งและกรอง
Q：CDA กับไนโตรเจนใช้แทนกันได้ไหม
ดูที่การใช้งาน ถ้าต้องไล่ออกซิเจนออก เช่น กันการเกิดออกซิเดชัน กันการติดไฟ หรือเก็บรักษาวัสดุที่ไวต่อออกซิเจน ก็ต้องใช้ไนโตรเจน แต่ถ้าต้องการแค่ก๊าซที่สะอาดและแห้ง CDA มีต้นทุนต่ำกว่ามาก และไม่มีข้อกังวลเรื่องผู้ปฏิบัติงานขาดออกซิเจน ตัวไนโตรเจนเองก็อาจมีสิ่งเจือปนกลับเข้ามาใหม่ระหว่างเส้นทางจ่ายก๊าซ อ่านเรื่องนี้ได้ที่เครื่องทำก๊าซบริสุทธิ์คืออะไร
Q：ISO 8573-1 Class 0 คือปลอดน้ำมันโดยสมบูรณ์ใช่ไหม
ไม่ใช่ นิยามของ Class 0 คือ「ผู้ใช้หรือผู้จำหน่ายกำหนดเพิ่มเติมเอง และต้องเข้มกว่า Class 1」ตัวมันเองไม่มีตัวเลขตายตัว เมื่อเห็น Class 0 ต้องถามต่อถึงค่าจริงและวิธีการวัด สเปกที่เขียนแค่ Class 0 โดยไม่มีตัวเลข จะตัดสินผลตอนตรวจรับไม่ได้
Q：อากาศที่ได้จากเครื่องทำลมแห้งแบบทำความเย็นนับเป็น CDA ได้ไหม
ขึ้นกับว่าคุณนิยามอย่างไร จุดน้ำค้างภายใต้ความดันของเครื่องทำลมแห้งแบบทำความเย็นอยู่ราว +3°C～+10°C ตรงกับความชื้น Class 4～6 ซึ่งพอสำหรับเครื่องมือลมทั่วไป แต่ CDA ที่โรงงานเซมิคอนดักเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์พูดถึง ส่วนใหญ่ต้องการจุดน้ำค้างระดับเครื่องทำลมแห้งแบบดูดความชื้น และขอแค่ท่อผ่านจุดที่เย็นกว่าจุดน้ำค้าง เช่น แร็กท่อกลางแจ้งในฤดูหนาว อากาศจากเครื่องทำลมแห้งแบบทำความเย็นก็ยังเกิดหยดน้ำในท่อได้
Q：จุดน้ำค้าง −40°C พอไหม
เพียงพอสำหรับงานลมทั่วไป งานเครื่องมือวัด และงานเป่าไล่ส่วนใหญ่ ถ้าท่อผ่านพื้นที่อุณหภูมิต่ำ หรือกระบวนการไวต่อความชื้น มักกำหนดจุดน้ำค้างภายใต้ความดัน −70°C สิ่งที่ต้องระวังคือ จุดน้ำค้างจะต่ำแค่ไหนก็อธิบายได้แค่สารชนิดเดียวคือน้ำ ถ้าข้อกำหนดเริ่มต้องการคุมคาร์บอนไดออกไซด์ สารอินทรีย์ หรือกรดด่าง ก็ต้องเปลี่ยนไปใช้ตัวชี้วัดความเข้มข้นกับวิธีวัดที่สอดคล้องกัน ไม่ใช่กดจุดน้ำค้างให้ต่ำลงไปเรื่อย ๆ
Q：จะยืนยันอย่างไรว่า CDA ที่มีอยู่ตรงตามสเปกจริง
ดูแค่ป้ายชื่อเครื่องทำลมแห้งไม่ได้ อย่างน้อยต้องวัดจริงที่จุดใช้ลมทั้งจุดน้ำค้างภายใต้ความดัน น้ำมัน และอนุภาค พร้อมบันทึกความดันในท่อและอัตราการไหลขณะวัด จุดน้ำค้างควรดูแนวโน้มตลอดทั้งฤดู เพราะช่วงหน้าร้อนที่เดินเต็มโหลดมักเป็นช่วงที่แย่ที่สุด ถ้าสิ่งที่จะตรวจคือ XCDA ระดับ ppt วิธีวัดจะต่างไปโดยสิ้นเชิง ดูได้ที่แนวปฏิบัติการวัดและการตรวจรับ XCDA