Nhà máy điện tử phải chống hai kẻ thù vô hình: bụi và tĩnh điện. Bụi bám lên ống kính camera, lọt dưới màn hình, chen vào mối hàn hay giữa các lớp vật liệu làm sản phẩm lỗi; tĩnh điện từ cơ thể người, từ khay nhựa, từ ma sát có thể phá huỷ hoặc làm yếu linh kiện bán dẫn mà mắt không thấy dấu vết. Phòng sạch kiểm soát bụi, còn vùng bảo vệ tĩnh điện kiểm soát điện tích.
Hai thứ này thường đi cùng nhau nhưng là hai hệ thống khác nhau, với tiêu chuẩn, thiết bị và cách kiểm riêng. Bài này giải thích nguyên lý của từng hệ, mức nào là đủ cho loại xí nghiệp nào, và những sai lầm hay gặp khi xí nghiệp mới bước vào chuỗi điện tử.
Phòng sạch là gì và đo "sạch" bằng cách nào
Phòng sạch là không gian mà số hạt bụi trong không khí được giữ dưới một ngưỡng xác định, bằng cách thổi không khí qua bộ lọc hiệu suất cao, giữ áp suất trong phòng cao hơn bên ngoài để bụi không lọt vào, và kiểm soát người, vật đi vào. Mức sạch được phân cấp theo số hạt bụi ở các cỡ nhất định trong một mét khối không khí; bộ tiêu chuẩn quốc tế được dùng phổ biến là ISO 14644, với các cấp đánh số, số càng nhỏ càng sạch.
Trong ngành điện tử ở Việt Nam, bạn sẽ gặp nhiều mức khác nhau. Khu chế tạo và đóng gói chip cần cấp rất cao. Khu lắp ráp camera, màn hình, gắn mô-đun quang học cần sạch ở mức cao vừa. Khu SMT và lắp ráp chung thường chỉ cần "kiểm soát bụi", không cần phòng sạch theo cấp. Khu cắt bế băng keo, tấm dán cho điện thoại thường có phòng sạch cấp trung bình.
Điều quan trọng là phòng sạch không giữ sạch bằng thiết kế một lần. Nguồn bụi lớn nhất trong phòng sạch là con người: tóc, da, sợi vải, mỹ phẩm. Vì vậy quy định ra vào, quần áo và hành vi trong phòng quan trọng ngang hệ thống lọc khí.
Mức kiểm soát bụi theo loại công việc (định tính)
Bảng sau giúp bạn hình dung mức đầu tư hợp với từng loại xí nghiệp; mức cụ thể do khách hàng và tính chất sản phẩm quyết định.
| Loại công việc | Mức kiểm soát thường gặp | Biện pháp chính |
|---|---|---|
| Chế tạo, đóng gói chip | Phòng sạch cấp rất cao | Lọc khí toàn trần, đồ phòng sạch kín người, buồng thổi khí, kiểm hạt liên tục |
| Lắp camera, màn hình, quang học | Phòng sạch cấp cao vừa | Đồ phòng sạch, buồng thổi khí, bàn có luồng khí sạch |
| Cắt bế băng keo, tấm dán cho điện tử | Phòng sạch cấp trung bình | Phòng kín áp dương, áo trùm, mũ, găng, lau dính bụi |
| Lắp ráp bo SMT, ráp máy chung | Kiểm soát bụi, không theo cấp | Nhà xưởng kín, điều hoà lọc, đồng phục, thảm dính bụi |
| Ép nhựa chi tiết thẩm mỹ | Khu ép có che chắn bụi | Rèm, quạt lọc trên máy, robot gắp, đóng gói ngay tại máy |
Sai lầm phổ biến là đầu tư phòng sạch cấp cao rồi để công nhân mang điện thoại, giấy, bìa carton vào trong. Giấy và carton là nguồn bụi sợi rất lớn; phòng sạch nghiêm túc dùng giấy chuyên dụng không rụng sợi và để carton ở ngoài.
Tĩnh điện phá linh kiện như thế nào
Khi bạn đi trên sàn, cởi áo hay bóc băng keo, điện tích tích tụ trên cơ thể và vật thể có thể lên tới hàng nghìn vôn mà bạn không cảm thấy. Chỉ khi điện áp đủ cao mới có tia lửa nhỏ và cảm giác giật nhẹ. Nhưng nhiều linh kiện bán dẫn bị hỏng ở mức điện áp thấp hơn nhiều so với ngưỡng con người cảm nhận được.
Điều nguy hiểm là không phải lúc nào linh kiện cũng hỏng ngay. Có trường hợp hỏng hẳn, kiểm thử phát hiện được; nhưng có trường hợp chỉ bị tổn thương ngầm, vẫn qua kiểm thử, rồi hỏng sau vài tuần hay vài tháng khi đến tay người dùng. Loại hỏng ngầm này rất khó truy nguyên nhân và gây thiệt hại lớn về uy tín.
Linh kiện được nhà sản xuất xếp hạng theo mức độ nhạy với phóng tĩnh điện, ghi trong tài liệu kỹ thuật. Chip xử lý, bộ nhớ, cảm biến hình ảnh, linh kiện cao tần thường nhạy hơn tụ, điện trở thông thường. Một xí nghiệp lắp ráp nên biết bo của mình có những linh kiện nhạy nào, để đặt mức bảo vệ tương xứng thay vì làm qua loa với mọi thứ hoặc làm quá tay ở chỗ không cần.
Vì vậy chống tĩnh điện trong nhà máy điện tử không nhằm bảo vệ người, mà bảo vệ sản phẩm. Đây là điểm khác với chuyện tĩnh điện trong an toàn cháy nổ ở kho hoá chất hay xăng dầu, nơi mục tiêu là tránh tia lửa gây cháy.
Các thành phần của một vùng bảo vệ tĩnh điện
Ranh giới rõ ràng. Vùng bảo vệ tĩnh điện, thường gọi tắt theo tiếng Anh là EPA, được đánh dấu trên sàn, có biển báo ở lối vào; ai vào cũng phải tuân quy định của vùng.
Nối đất người. Công nhân đeo vòng tay nối đất qua dây có điện trở an toàn khi ngồi làm việc; khi đi lại thì mang giày hoặc dây gót chống tĩnh điện trên sàn dẫn tĩnh điện.
Bề mặt làm việc tiêu tán. Mặt bàn phủ thảm tiêu tán tĩnh điện nối đất, để điện tích trên vật đặt lên bàn thoát đi từ từ, không phóng tia đột ngột.
Khay, túi, xe đẩy đúng loại. Bán thành phẩm đựng trong khay, túi chống tĩnh điện; nhựa thường như túi nilon, hộp xốp bị cấm trong vùng.
Máy ion hoá. Ở chỗ có vật cách điện không nối đất được, máy thổi ion trung hoà điện tích trong không khí.
Độ ẩm không khí. Không khí quá khô làm điện tích tích tụ nhiều hơn; nhiều nhà máy giữ độ ẩm trong một khoảng xác định, đặc biệt quan trọng vào mùa hanh khô ở phía Bắc.
Kiểm định kỳ. Vòng tay được kiểm hằng ngày đầu ca bằng máy kiểm; điện trở thảm, sàn, ghế được đo định kỳ và ghi sổ.
Tiêu chuẩn và cách khách hàng kiểm tra
Hai tiêu chuẩn về kiểm soát tĩnh điện thường được nhắc trong ngành là IEC 61340-5-1 và ANSI/ESD S20.20. Chúng không quy định mua thiết bị của hãng nào, mà yêu cầu xí nghiệp có chương trình kiểm soát: người phụ trách, kế hoạch đào tạo, danh sách vật dụng được phép, giới hạn điện trở, cách đo và tần suất đo, hồ sơ.
Khi khách điện tử đến thăm xí nghiệp, họ thường kiểm vài điểm rất cụ thể: lấy ngẫu nhiên một công nhân đo vòng tay, đo điện trở một mặt bàn, xem có túi nilon hay cốc nhựa trong vùng không, xem sổ kiểm đầu ca có ký đều không. Những điểm nhỏ này nói lên chương trình có chạy thật hay chỉ có trên giấy.
Với xí nghiệp làm linh kiện cơ khí, nhựa giao cho nhà máy điện tử, yêu cầu tĩnh điện thường dừng ở bao bì: chi tiết phải đựng trong khay, túi đúng loại. Nhưng nếu xí nghiệp lắp ráp có bo mạch, kể cả bo đơn giản trong đồ gia dụng, thì nên có vùng bảo vệ tĩnh điện thực sự ở khu đó.
Những sai lầm hay gặp khi xí nghiệp mới làm phòng sạch và chống tĩnh điện
Phần lớn các lỗi dưới đây không do thiếu tiền mà do hiểu sai mục đích. Chúng được gom từ kinh nghiệm chung của ngành, viết ở mức nguyên lý.
- Mua thiết bị trước, viết quy trình sau. Thảm, vòng tay, máy ion được lắp đủ nhưng không ai quy định ai đo, đo khi nào, đo xong ghi vào đâu.
- Nối đất chung với hệ thống điện động lực mà không có người chuyên môn kiểm tra, vừa không đạt mục đích vừa tiềm ẩn nguy cơ điện giật.
- Dùng sai vật liệu "trông giống". Khay nhựa màu đen không có nghĩa là khay chống tĩnh điện; phải có thông số và đo được.
- Để cửa phòng sạch mở khi chuyển hàng, làm mất chênh áp; hoặc để công nhân ra vào không qua buồng thổi khí khi vội.
- Giặt áo phòng sạch như đồ thường bằng máy giặt gia đình, làm áo rụng sợi và mất tính năng chống tĩnh điện.
- Không đào tạo người mới và người thời vụ. Mùa cao điểm tuyển thêm công nhân, đây là lúc tỷ lệ vi phạm tăng mạnh nhất.
- Chỉ chuẩn bị trước ngày khách đến. Khách có kinh nghiệm nhìn sổ đo của ba tháng trước, không chỉ nhìn bàn làm việc hôm nay.
Cách sửa chung cho mọi lỗi trên là giao trách nhiệm cho một người cụ thể, có thời gian dành cho việc này, và cho người đó quyền dừng công việc khi thấy vi phạm. Ở xí nghiệp nhỏ, người này thường kiêm nhiệm từ bộ phận chất lượng.
Dựng vùng chống tĩnh điện cho một xưởng nhỏ
Ví dụ giả định cho một xưởng lắp ráp bo điều khiển hai mươi người, muốn làm đúng mà không tốn kém quá mức.
- Khoanh vùng làm việc với bo mạch, kẻ vạch sàn, đặt bảng quy định ở lối vào.
- Lắp đường nối đất riêng cho vùng, kiểm điện trở nối đất bởi người có chuyên môn điện.
- Phủ thảm tiêu tán lên bàn, nối đất từng thảm; trang bị vòng tay và máy kiểm vòng tay ở lối vào.
- Thay khay, hộp đựng bán thành phẩm bằng loại chống tĩnh điện; loại bỏ túi nilon, xốp, băng keo thường ra khỏi vùng.
- Đào tạo công nhân về lý do và cách làm, kèm bài kiểm tra ngắn; ghi danh sách người đã đào tạo.
- Lập sổ đo đầu ca và đo định kỳ; giao một người chịu trách nhiệm xem sổ hằng tuần.
Chi phí lớn nhất không phải thiết bị mà là kỷ luật duy trì. Rất nhiều xưởng làm đủ bước một tới bốn rồi để sổ đo bỏ trống sau vài tháng, và đó là điều khách nhìn thấy đầu tiên.
Câu hỏi thường gặp
Nhà máy SMT có bắt buộc phải là phòng sạch không?
Không bắt buộc theo nghĩa phòng sạch có cấp. Phần lớn chuyền SMT chạy trong nhà xưởng kín có điều hoà, lọc bụi và kiểm soát tĩnh điện. Chỉ một số sản phẩm đặc biệt mới cần phòng sạch theo cấp.
Đeo vòng tay chống tĩnh điện có nguy hiểm khi chạm điện không?
Vòng tay đúng chuẩn có điện trở nối tiếp để hạn chế dòng điện qua người nếu lỡ chạm nguồn. Không được tự chế vòng tay nối thẳng xuống đất bằng dây đồng trần, vì như vậy mất lớp bảo vệ này.
Vì sao mùa hanh khô hay có nhiều lỗi tĩnh điện hơn?
Không khí khô làm bề mặt vật liệu ít dẫn điện hơn, điện tích tích tụ lâu và nhiều hơn. Nhà máy ở phía Bắc vì vậy thường phải tăng ẩm vào mùa đông xuân để giữ độ ẩm trong khoảng an toàn.
Túi màu hồng và túi màu bạc chống tĩnh điện khác nhau thế nào?
Túi hồng thường là loại tiêu tán, chống tích điện trên chính túi. Túi bạc có lớp kim loại mỏng tạo lồng chắn, bảo vệ linh kiện bên trong khỏi trường điện bên ngoài. Linh kiện nhạy cảm cao nên dùng túi chắn.
Phòng sạch có cần kiểm định lại không?
Có. Phòng sạch cần đo số hạt, lưu lượng khí, chênh áp định kỳ và sau mỗi lần sửa chữa lớn. Bộ lọc có tuổi thọ và phải thay theo kết quả đo, không chỉ theo lịch.
Công nhân có phải mặc đồ chống tĩnh điện cả ngày không?
Trong vùng bảo vệ tĩnh điện thì có, vì quần áo thường cọ xát sinh điện tích. Áo khoác chống tĩnh điện có sợi dẫn điện đan trong vải, phải được giặt theo hướng dẫn để giữ tính năng.