CDA là viết tắt của Clean Dry Air, tiếng Việt thường gọi là khí nén khô sạch. Nó không phải loại khí đặc biệt mua theo bình, mà là không khí được nén lại rồi loại bỏ nước, dầu và hạt bụi. Vấn đề thực sự nằm ở chỗ "loại bỏ đến mức nào" — cùng gọi là CDA, nhưng định nghĩa ở mỗi nhà máy có thể chênh nhau tới vài cấp.
CDA là gì: thành phần giống không khí, khác biệt nằm ở những gì đã bị loại bỏ
Thành phần của CDA chính là không khí: khoảng 78% nitơ, 21% oxy, 0.93% argon, phần còn lại là carbon dioxide và khí hiếm ở mức vết. Điểm khác giữa CDA và khí nén thông thường không nằm ở chỗ "có thêm gì", mà ở chỗ "bớt đi gì" — hơi nước, dầu và hạt bụi đã được xử lý xuống dưới cấp quy định.
Vì vậy CDA không phải một quy cách cố định, mà là một cách gọi mang tính tương đối. Trong ngành, khí nén thường được chia thành ba cấp độ theo mục đích sử dụng, và CDA nhìn chung rơi vào hai cấp sau:
| Loại | Mục đích sử dụng điển hình | Yêu cầu ISO 8573-1 thường gặp |
|---|---|---|
| Khí nén nhà máy (Plant Air) | Dụng cụ khí nén, thổi khí thông thường | Chủ yếu chỉ quan tâm độ ẩm, khoảng nước Class 4–5 |
| Khí nén điều khiển (Instrument Air) | Van điều khiển khí nén, cảm biến, thiết bị đo | Thường được hiểu là [2:≤4:3] |
| Khí nén công nghệ (Process Air) | Khí tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm hoặc quy trình | Thường yêu cầu điểm sương áp suất từ −40°C đến −70°C, tức nước Class 1–2 |
CDA mà các nhà máy bán dẫn, màn hình và điện tử nhắc tới thường thuộc cấp khí nén công nghệ: công đoạn sấy dùng máy sấy hấp phụ, dầu đạt Class 1, cộng thêm lọc hạt ở đầu cuối. Giá trị cụ thể khác nhau theo quy chuẩn của từng nhà máy, nên khi mua sắm và nghiệm thu phải căn cứ vào quy cách bằng văn bản, đừng chỉ ghi vỏn vẹn ba chữ cái "CDA".
CDA dùng ở đâu: bốn tình huống cụ thể
- ▸Van khí nén và xy lanh: van đóng mở trên máy và cơ cấu vận chuyển wafer phần lớn được dẫn động bằng CDA. Một khi hơi nước trong khí ngưng tụ bên trong thân van, van điện từ sẽ bị kẹt hoặc tác động chậm lại, mà nguyên nhân dừng máy thì rất khó nhận ra ngay.
- ▸Thổi sạch và làm khô: linh kiện, đồ gá và khay chứa sau khi rửa được thổi khô bằng CDA. Nếu khí lẫn dầu, thổi càng lâu thì bề mặt lại càng bẩn.
- ▸Đo lường và điều khiển: van điều khiển khí nén và bộ truyền áp suất hoạt động nhờ áp suất khí ổn định; nước và dầu sẽ làm số đọc bị trôi và màng ngăn nhanh lão hóa.
- ▸Thổi bảo vệ bên trong thiết bị: tủ điện hoặc mô-đun quang học dùng CDA để duy trì áp suất dương nhẹ, ngăn bụi và hơi ẩm bên ngoài lọt vào. Mục đích này thường đòi hỏi độ sạch còn cao hơn cả việc dẫn động xy lanh.
Đọc hiểu ISO 8573-1: ba con số nói lên điều gì
Chất lượng khí nén thường được mô tả theo ISO 8573-1. Tiêu chuẩn này chia chất ô nhiễm thành ba nhóm, mỗi nhóm được phân cấp riêng và viết thành ba con số: [hạt:nước:dầu]. Ví dụ ISO 8573-1:2010 [1:2:1] nghĩa là hạt Class 1, nước Class 2, dầu Class 1. Số càng nhỏ thì càng sạch, và ba hạng mục độc lập với nhau.
| Cấp | Hạt 0.1–0.5 μm (số hạt trên mỗi m³) | Hạt 0.5–1 μm | Hạt 1–5 μm | Nước (điểm sương áp suất) | Dầu (tổng hàm lượng dầu) |
|---|---|---|---|---|---|
| Class 0 | Do người dùng hoặc nhà cung cấp chỉ định, phải nghiêm ngặt hơn Class 1 | Như cột trái | Như cột trái | Như cột trái | Như cột trái |
| 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 | Không quy định | ≤90,000 | ≤1,000 | ≤ −20°C | ≤1 mg/m³ |
| Class 4 | Không quy định | Không quy định | ≤10,000 | ≤ +3°C | ≤5 mg/m³ |
Khi đọc bảng này, có ba hiểu lầm thường gặp:
- 1Class 0 không có nghĩa là "bằng không". Nó có nghĩa là "do hai bên chỉ định riêng, và nghiêm ngặt hơn Class 1". Quy cách chỉ ghi Class 0 mà không kèm con số thì coi như chưa ghi gì.
- 2Dầu ở đây là tổng của dầu lỏng, sương dầu và hơi dầu. Máy nén không dầu chỉ có nghĩa là quá trình nén không dùng dầu; bản thân không khí hút vào đã chứa hydrocarbon, nên đầu ra vẫn cần lọc.
- 3Cấp nước dựa trên điểm sương áp suất chứ không phải điểm sương ở áp suất thường; khác biệt giữa hai loại được trình bày ở phần tiếp theo.
Điểm sương: điểm sương áp suất và điểm sương ở áp suất thường không phải là một
Điểm sương là nhiệt độ mà khi làm lạnh không khí tới đó thì hơi nước bắt đầu ngưng tụ; con số càng thấp nghĩa là khí càng khô. Nhưng cùng một lượng khí, đo ở áp suất đường ống và đo sau khi xả về áp suất khí quyển sẽ cho điểm sương chênh nhau rất nhiều: áp suất càng cao thì hơi nước càng dễ ngưng tụ, vì vậy điểm sương áp suất luôn cao hơn điểm sương ở áp suất thường.
| Điểm sương áp suất (ở 0.7 MPa(g)) | Điểm sương sau khi xả về áp suất thường | Nồng độ thể tích hơi nước |
|---|---|---|
| +3°C (thường gặp ở máy sấy lạnh) | Khoảng −21°C | Khoảng 950 ppm |
| −40°C (thường gặp ở máy sấy hấp phụ) | Khoảng −57°C | Khoảng 16 ppm |
| −70°C (nước Class 1) | Khoảng −83°C | Khoảng 0.33 ppm |
Trong thực tế, lỗi hay gặp nhất là quy cách ghi "điểm sương −40°C" mà không nói rõ là loại nào. Nhà cung cấp báo giá theo điểm sương ở áp suất thường, bên sử dụng lại nghiệm thu theo điểm sương áp suất; hai bên đều cho rằng mình không sai, nhưng con số lệch nhau hơn mười độ. Trong quy cách phải ghi rõ "điểm sương áp suất, tại X MPa(g)".
Máy đo điểm sương phù hợp để theo dõi tình trạng máy sấy, nhưng nó chỉ nhìn thấy nước. Khi quy cách yêu cầu tới cấp ppb, ppt, hoặc bắt đầu kiểm soát carbon dioxide, chất hữu cơ, acid và base, thì điểm sương không còn mô tả được nữa; phần này có thể đọc thêm trong bài phân tích kỹ thuật XCDA.
Hệ thống CDA gồm những thiết bị nào
Hệ thống CDA: mỗi thiết bị chỉ lo một loại tạp chất
Hàng trên từ trái sang phải, hàng dưới từ phải sang trái; nhãn là cấp ISO 8573-1 mà thiết bị thường đạt được
Không được đảo thứ tự. Nếu lọc tách dầu không chặn sương dầu trước, dầu sẽ làm hỏng hạt hút ẩm; nếu không lắp lọc bụi sau máy sấy hấp phụ, bụi hạt hút ẩm sẽ theo dòng khí vào đường ống chính.
Mỗi thiết bị trong một hệ thống CDA chỉ đảm nhận một loại chất ô nhiễm. Sắp sai thứ tự thì thiết bị phía sau sẽ bị những thứ lọt qua từ phía trước làm hỏng.
| Thiết bị | Loại bỏ | Cấp đạt được (điển hình) | Lưu ý |
|---|---|---|---|
| Bộ làm mát sau + bộ tách nước | Phần lớn nước lỏng | Chưa tới mức xếp cấp | Chỉ loại được nước lỏng, hơi nước vẫn còn nên điểm sương không giảm |
| Bộ lọc tách dầu kết tụ (coalescing, đặt trước) | Sương dầu, sương nước và hạt bụi | Dầu Class 2–4 | Bắt buộc lắp trước máy sấy hấp phụ, vì sương dầu làm chất hút ẩm mất tác dụng |
| Máy sấy lạnh | Hơi nước | Nước Class 4–6 | Nếu đường ống đi qua nơi lạnh hơn điểm sương thì vẫn ngưng tụ |
| Máy sấy hấp phụ | Hơi nước | Nước Class 1–3 | Khi tái sinh sẽ tiêu hao một phần khí nén |
| Bộ lọc hạt (đặt sau) | Hạt bụi, kể cả bụi mài mòn từ chất hút ẩm | Hạt Class 1–2 | Bắt buộc lắp sau máy sấy hấp phụ |
| Tháp than hoạt tính khử dầu hoặc xúc tác | Hơi dầu | Dầu Class 1 | Phía trước phải xử lý xong dầu lỏng, nước và hạt bụi |
Trong đó, hạng mục dễ bị bỏ qua nhất là mục cuối cùng. Bộ lọc kết tụ chặn được sương dầu nhưng không chặn được dầu đã hóa hơi; muốn đạt dầu Class 1 (≤0.01 mg/m³), phía sau thường còn phải mắc nối tiếp thêm một bậc khử dầu bằng than hoạt tính hoặc xúc tác.
Chọn máy sấy thế nào: máy sấy lạnh hay máy sấy hấp phụ
| Loại | Điểm sương áp suất điển hình | Khí nén tiêu hao cho tái sinh | Phù hợp với |
|---|---|---|---|
| Máy sấy lạnh | +3°C đến +10°C | Không cần, chủ yếu tiêu thụ điện | Dụng cụ khí nén thông thường, đường trục đặt trong nhà có nhiệt độ ổn định |
| Hấp phụ tái sinh không nhiệt | −40°C, có thể đạt −70°C | Khoảng 15%–20% lưu lượng định mức | Lưu lượng nhỏ và vừa, cần điểm sương thấp |
| Hấp phụ tái sinh gia nhiệt | −40°C đến −70°C | Khoảng một nửa so với loại không nhiệt, tiêu thụ thêm điện gia nhiệt | Lưu lượng vừa và lớn |
| Hấp phụ tái sinh bằng quạt thổi | −40°C đến −70°C | Rất ít, chủ yếu tiêu thụ điện cho quạt thổi và gia nhiệt | Lưu lượng lớn, cần hạn chế hao hụt khí nén |
Loại tái sinh không nhiệt có một chi tiết ít người để ý: khi chạy theo chu kỳ cố định, lượng khí tái sinh được cài đặt theo lưu lượng định mức của máy sấy và không giảm theo lượng khí dùng thực tế. Khi máy sấy chỉ chạy nửa tải, khí tái sinh có thể chiếm tới 30%–40% lượng khí dùng thực tế. Lắp thêm bộ điều khiển theo nhu cầu điểm sương, để máy chưa chuyển tháp khi chất hút ẩm chưa bão hòa, là cách trực tiếp nhất để thu hồi phần khí tiêu hao này.
Đường ống CDA cần lưu ý những gì
- ▸Vật liệu: ống thép carbon và thép mạ kẽm dùng lâu sẽ bị gỉ, vụn gỉ trở thành nguồn hạt bụi cho phía sau. Nhà máy có yêu cầu độ sạch cao phần lớn dùng ống thép không gỉ hoặc ống hợp kim nhôm; đường trục không nên dùng ống PVC, vì khi chịu áp bị nứt vỡ, mảnh vỡ sẽ văng ra.
- ▸Xả nước: với hệ thống dùng máy sấy lạnh, đường trục phải có độ dốc và đặt bộ xả nước ở điểm thấp; nếu không, khi thời tiết chuyển lạnh, nước ngưng tụ sẽ theo đường ống chảy vào máy.
- ▸Cách lấy nhánh: lấy ống nhánh từ phía trên đường trục để tránh nước đọng dưới đáy ống chảy thẳng vào nhánh.
- ▸Lọc đầu cuối: giữ một bộ lọc hạt ở đầu vào máy để chặn hạt bụi do chính đường ống sinh ra.
Nếu một số máy cần nâng cấp lên XCDA, đường ống phía sau thiết bị tinh chế thuộc một cấp hoàn toàn khác, cả vật liệu lẫn phương pháp thi công đều phải làm lại; chi tiết xem nâng cấp CDA lên XCDA trong thực tế.
Khi nào CDA không còn đủ
Khi khí thổi trực tiếp lên wafer, mặt nạ quang hoặc linh kiện quang học, và quy cách của máy bắt đầu có chỉ tiêu cấp ppt cho H₂O, chất hữu cơ, acid, base, thì yêu cầu đã vượt ra ngoài phạm vi mô tả của ISO 8573-1. Lúc này thứ cần đến là XCDA: mắc nối tiếp thêm một thiết bị tinh chế khí sau CDA để ép ô nhiễm cấp phân tử xuống mức ppt.
Ngược lại, với phần lớn mục đích khí nén, thổi sạch và đo lường – điều khiển, CDA hoàn toàn đủ dùng. Cách làm thực tế là cấp khí phân cấp: CDA phục vụ phần lớn nhu cầu, XCDA chỉ đưa tới những máy thực sự cần.
Câu hỏi thường gặp
Q: Khí CDA có thành phần gì? Có giống không khí thông thường không?
Giống. CDA chính là không khí, gồm khoảng 78% nitơ, 21% oxy, 0.93% argon. Khác biệt nằm ở chỗ hơi nước, dầu và hạt bụi đã được xử lý xuống dưới cấp quy định; vì vậy nó không phải khí đóng bình, mà là khí tiện ích do nhà máy tự sản xuất bằng máy nén khí cùng thiết bị sấy và lọc.
Q: CDA và nitơ có thay thế cho nhau được không?
Tùy mục đích. Khi cần loại bỏ oxy, ví dụ chống oxy hóa, chống cháy hoặc bảo quản vật liệu nhạy với oxy, thì bắt buộc phải dùng nitơ; khi chỉ cần khí sạch và khô, CDA rẻ hơn nhiều và cũng không có nguy cơ người bị thiếu oxy. Bản thân nitơ cũng có thể nhiễm lại tạp chất trên đường cấp khí; nội dung liên quan có thể tham khảo thiết bị tinh chế khí là gì.
Q: ISO 8573-1 Class 0 có phải là hoàn toàn không dầu?
Không. Class 0 được định nghĩa là "do người dùng hoặc nhà cung cấp chỉ định riêng, và nghiêm ngặt hơn Class 1", bản thân nó không có con số cố định. Khi thấy Class 0, phải hỏi rõ giá trị thực tế và phương pháp đo; quy cách chỉ ghi Class 0 mà không có con số thì lúc nghiệm thu không thể phán định đạt hay không.
Q: Khí ra từ máy sấy lạnh có được coi là CDA không?
Còn tùy định nghĩa của bạn. Điểm sương áp suất của máy sấy lạnh vào khoảng +3°C đến +10°C, tương ứng nước Class 4–6, đủ dùng cho dụng cụ khí nén thông thường. Nhưng CDA mà các nhà máy bán dẫn và điện tử nói tới phần lớn yêu cầu điểm sương ở mức của máy sấy hấp phụ; hơn nữa, chỉ cần đường ống đi qua nơi lạnh hơn điểm sương, ví dụ giá đỡ ống ngoài trời vào mùa đông, khí từ máy sấy lạnh vẫn sẽ ngưng tụ trong ống.
Q: Điểm sương −40°C có đủ không?
Đủ cho các mục đích khí nén thông thường, đo lường – điều khiển và phần lớn nhu cầu thổi sạch. Khi đường ống đi qua vùng nhiệt độ thấp, hoặc quy trình nhạy cảm với hơi ẩm, thường yêu cầu điểm sương áp suất −70°C. Cần lưu ý rằng điểm sương dù thấp đến đâu cũng chỉ mô tả một chất duy nhất là nước; nếu quy cách bắt đầu yêu cầu carbon dioxide, chất hữu cơ hoặc acid base, thì phải chuyển sang chỉ tiêu nồng độ cùng phương pháp đo tương ứng, chứ không phải tiếp tục ép điểm sương xuống thấp hơn.
Q: Làm sao xác nhận CDA hiện có thực sự đạt quy cách?
Không thể chỉ nhìn nhãn máy sấy. Tối thiểu phải đo thực tế điểm sương áp suất, hàm lượng dầu và hạt bụi tại điểm sử dụng, đồng thời ghi lại áp suất và lưu lượng đường ống lúc đo; với điểm sương, tốt nhất nên xem xu hướng của cả một quý, vì mùa hè chạy đầy tải thường là lúc tệ nhất. Nếu cần kiểm chứng XCDA cấp ppt thì phương pháp đo hoàn toàn khác, có thể tham khảo đo lường và nghiệm thu XCDA trong thực tế.