Bảng đối chiếu cấp độ phòng sạch ISO 14644-1: Class 1 đến Class 9 chênh nhau 100 triệu lần

Từ ISO Class 1 tới ISO Class 9, nồng độ hạt chênh nhau 100 triệu lần (10⁸). Một bên là cấp phòng thí nghiệm lượng tử, một bên gần như là một nhà kho sạch sẽ. Giữa hai đầu đó, quy trình của bạn nên nằm ở đâu?

Vì sao FED-STD-209E rút lui và ISO 14644 lên ngôi

Phiên bản đầu tiên được ban hành năm 1999, tới năm 2001 tiêu chuẩn Mỹ cũ FED-STD-209E chính thức bị hủy bỏ, và phiên bản hiện hành ISO 14644-1:2015 là tiêu chuẩn phân cấp phòng sạch được áp dụng rộng rãi nhất toàn cầu.

Nó làm được hai việc:

1. 1Thống nhất phân cấp —— thay thế cho các tiêu chuẩn Mỹ, châu Âu, Nhật Bản khác nhau giữa các nước
2. 2Dùng công thức Cn = 10^N × (0.1/D)^2.08 để tính nồng độ cho phép ở từng cỡ hạt —— nói cách khác, một cấp độ không chỉ là "một con số", mà là một đường cong cỡ hạt vs nồng độ

Chín cấp độ trông như thế nào?

Lấy cỡ hạt 0.5 μm thường dùng nhất làm ví dụ, xem bảng trực tiếp:

Một vài đối chiếu quan trọng:

• ▸ISO Class 5 = Class 100 theo tiêu chuẩn Mỹ cũ —— mặt trận chính của quang khắc bán dẫn, bốc hơi lắng đọng OLED, chiết rót vô trùng
• ▸ISO Class 7 = Class 10,000 theo tiêu chuẩn Mỹ cũ —— lắp ráp điện tử thông thường, cấp C ngành dược
• ▸ISO Class 8 = Class 100,000 theo tiêu chuẩn Mỹ cũ —— đóng gói thực phẩm, không gian làm việc sạch thông thường

Mỗi khi lên một cấp, số hạt cho phép × 10. Đó là lý do vì sao từ ISO Class 5 nâng lên ISO Class 4, chi phí xây dựng có thể tăng gấp đôi chứ không phải chỉ thêm 20%.

Công thức đó rốt cuộc đang tính gì?

Cn = 10^N × (0.1/D)^2.08

Tách ra mà xem:

• ▸10^N: cấp càng cao (N càng lớn) thì mỗi bậc nới rộng 10 lần
• ▸(0.1/D)^2.08: cỡ hạt càng lớn thì nồng độ cho phép giảm theo hàm mũ. Giá trị cho phép ở 0.5 μm nhỏ hơn ở 0.1 μm khoảng 28 lần

Ví dụ kiểm chứng ISO Class 5 @ 0.5 μm: 10⁵ × (0.1/0.5)^2.08 = 100,000 × 0.0352 = 3,520 hạt/m³ ✓

Đó là lý do ISO Class 1–2 ở cỡ 0.5 μm sẽ thấp tới mức dưới 1 hạt/m³ —— căn bản là không đo nổi. Cấp độ như vậy buộc phải dùng cỡ hạt nhỏ hơn (0.1–0.2 μm) để kiểm chứng.

Vì sao "trạng thái nghiệm thu" còn quan trọng hơn cả bản thân cấp độ?

ISO 14644-3 định nghĩa ba trạng thái kiểm chứng:

Số hạt ở ba trạng thái có thể chênh nhau trên 10 lần:

• ▸Khi hoàn công (As-built) —— sạch nhất: máy móc chưa vào, người cũng chưa vào. Xây xong đo luôn, dễ đạt
• ▸Trạng thái tĩnh (At-rest) —— máy móc đã vào và lắp xong, nhưng không vận hành, không có người
• ▸Trạng thái động (Operational) —— máy móc chạy, nhân viên thao tác, vật liệu lưu chuyển. Bối cảnh sản xuất thật

Ngành bán dẫn và chiết rót vô trùng thường yêu cầu đạt ISO Class 5 ở trạng thái "động" —— chỉ như vậy mới phản ánh tải ô nhiễm của sản xuất thực tế. Kiểm chứng ở trạng thái tĩnh đạt không có nghĩa là trạng thái động sẽ đạt.

Có quy cách của một số nhà cung cấp chỉ ghi "ISO Class 5" mà không ghi trạng thái —— viết như vậy gần như là viết thừa. Trước khi ký hợp đồng nhất định phải xác nhận là As-built / At-rest hay Operational, nếu không bạn có thể trả tiền cho trạng thái động mà chỉ mua được nhà xưởng ở trạng thái hoàn công.

Mỗi cấp độ cần phủ màng lọc dày đến đâu?

Tỷ lệ phủ màng lọc là biến số lớn nhất của chi phí xây dựng. Cấp càng nghiêm thì trần nhà càng phải phủ kín:

Nói một cách trực quan:

• ▸ISO Class 1–3 —— cả trần nhà đều là FFU (ULPA + dòng tầng), tỷ lệ phủ 80–100 %
• ▸ISO Class 4–5 —— phủ 40–80 % (H14 HEPA + dòng tầng), khu vực trọng yếu dày, khu vực hỗ trợ thưa
• ▸ISO Class 6–7 —— phủ 15–40 % (H13 HEPA), bố trí dạng lưới, có thể dùng dòng rối
• ▸ISO Class 8–9 —— dưới 15 %, màng lọc thông gió thông thường là đủ

Từ ISO Class 7 nâng lên ISO Class 5, số lượng màng lọc có thể tăng 3–5 lần, cộng thêm quạt của trần dòng tầng, chênh áp, lưu lượng gió tuần hoàn và sàn thoát nước, tổng giá thành có thể chênh cả một bậc.

Nghiệm thu cần đo những gì?

Các hạng mục đo chính do ISO 14644-3 quy định:

• ▸Nồng độ hạt —— đo bằng máy đếm hạt quang học (OPC)
• ▸Tốc độ dòng khí và số lần thay đổi không khí —— quyết định khả năng pha loãng ô nhiễm
• ▸Chênh áp —— sự cách ly giữa các khu vực liền kề
• ▸Trực quan hóa dòng khí —— thử nghiệm khói, xác nhận dòng tầng thực sự là dòng tầng
• ▸Thời gian phục hồi (recovery test) —— sau ô nhiễm ngắn hạn thì bao lâu mới hồi phục

Đo hạt chỉ là điểm khởi đầu. Kiểu dòng khí, chênh áp và thời gian phục hồi mới là chìa khóa để phòng sạch duy trì được cấp độ.

Một cấp độ duy trì được dài hạn tốt hơn một cấp độ chỉ vừa đủ để nghiệm thu

Cấp độ phòng sạch không kết thúc sau một lần nghiệm thu. Nó là một công trình liên tục:

1. 1Giai đoạn thiết kế —— chọn đúng ISO Class, đừng vượt quy cách, cũng đừng thiếu quy cách
2. 2Giai đoạn thi công —— tỷ lệ phủ màng lọc, quạt, chênh áp, thoát nước sàn
3. 3Giai đoạn nghiệm thu —— chỉ định nghiệm thu ở trạng thái động, đó mới là năng lực thật
4. 4Giai đoạn vận hành bảo trì —— tái kiểm định kỳ (ISO 14644 khuyến nghị mỗi 6–12 tháng), thay màng lọc, đào tạo nhân sự

Giữa chi phí và tuân thủ luôn tồn tại một điểm tối ưu —— quan trọng là định nghĩa rõ bài toán trước, rồi mới bàn tới cấu hình.

Đọc thêm

• ▸Phân tích đầy đủ phân cấp hiệu suất EN 1822 HEPA / ULPA: từ E10 tới U17, hiểu ba vòng kiểm tra và MPPS
• ▸Kiểm tra PAO: màng lọc H14 rốt cuộc có rò hay không, kiểm chứng thế nào?
• ▸Hướng dẫn đầy đủ về màng lọc phòng sạch: từ sơ cấp tới ULPA, hiểu trọn quy cách chọn loại
• ▸Màng lọc quạt FFU