ความต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีความละเอียดสูงและปราศจากข้อบกพร่องเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง Advanced Packaging จึงกลายเป็นกระบวนการสำคัญที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดขนาดของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม การดำเนินการในกระบวนการนี้จำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมที่ควบคุมอย่างเข้มงวด เพื่อป้องกันการปนเปื้อนที่อาจส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ Cleanroom หรือห้องสะอาดจึงเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ไม่สามารถมองข้ามได้
ในประเทศไทย การพัฒนาและรักษามาตรฐาน Cleanroom ให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล เช่น ISO 14644 เป็นสิ่งที่ท้าทาย แต่จำเป็นสำหรับการยกระดับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และ Advanced Packaging ให้สามารถแข่งขันในตลาดโลกได้
ความสำคัญของ Cleanroom ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และ Advanced Packaging
Cleanroom เป็นพื้นที่ที่มีการควบคุมปริมาณอนุภาคในอากาศอย่างเข้มงวด เพื่อป้องกันการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นในกระบวนการผลิต โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และ Advanced Packaging ซึ่งความละเอียดของชิ้นงานอยู่ในระดับไมครอนหรือแม้กระทั่งนาโนเมตร อนุภาคขนาดเล็กเพียงไม่กี่ไมครอนสามารถส่งผลต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ
มาตรฐาน ISO 14644 เป็นมาตรฐานสากลที่ใช้ในการกำหนดระดับความสะอาดของ Cleanroom โดยแบ่งออกเป็นหลายระดับ (Class) ตามจำนวนอนุภาคที่อนุญาตให้มีอยู่ในอากาศต่อปริมาตรหนึ่งลูกบาศก์เมตร ตัวอย่างเช่น ISO Class 5 อนุญาตให้มีอนุภาคขนาด 0.5 ไมครอน ไม่เกิน 3,520 อนุภาคต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งเหมาะสำหรับกระบวนการที่ต้องการความสะอาดสูง เช่น การประกอบชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์
ประเภทของ Cleanroom ตามระดับความสะอาด (Class) ที่ควรรู้
มาตรฐาน Cleanroom เดิมนิยมใช้หน่วยวัดเป็น “Class” ตามจำนวนอนุภาคในอากาศต่อ 1 ลูกบาศก์ฟุต (ตามมาตรฐาน FED-STD-209E ซึ่งแม้จะเลิกใช้ไปแล้ว แต่ยังคงถูกอ้างอิงในทางอุตสาหกรรมเพื่อความเข้าใจง่าย) โดยแบ่งได้เป็นหลายระดับ ดังนี้:
| Class | การใช้งานหลัก |
| Class 1 | ใช้เฉพาะในกระบวนการผลิตวงจรรวม (IC) ที่ต้องการความแม่นยำสูงมาก เช่น โครงสร้างระดับ sub-micron และงานวิจัยระดับนาโน |
| Class 10 | เหมาะสำหรับโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการผลิตวงจรที่มีความละเอียดต่ำกว่า 2 ไมครอน เช่น logic chip ระดับสูง |
| Class 100 | ใช้ในกระบวนการที่ต้องปลอดเชื้อ เช่น การผลิตยาฉีดปลอดเชื้อ การผ่าตัดปลูกถ่ายอวัยวะ หรือการแยกผู้ป่วยภูมิคุ้มกันต่ำ |
| Class 1,000 | ใช้ผลิตอุปกรณ์แสงระดับสูง เช่น เลนส์ความละเอียดสูง ไจโรสโคปที่ต้องการความแม่นยำสูง |
| Class 10,000 | ใช้ในอุตสาหกรรมกลไกแม่นยำ เช่น ชิ้นส่วนไฮดรอลิก นิวแมติก วาล์วควบคุมเซอร์โว และเกียร์คุณภาพสูง |
| Class 100,000 | ใช้ในงานประกอบทั่วไป เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ งานระบบกลไกพื้นฐาน หรืองานประกอบในอุตสาหกรรมยานยนต์ |
องค์ประกอบสำคัญของ Cleanroom ที่ได้มาตรฐาน
ระบบการกรองอากาศ (Air Filtration System)
หนึ่งในหัวใจหลักของการสร้าง Cleanroom ที่มีประสิทธิภาพคือระบบการกรองอากาศ ซึ่งต้องสามารถดักจับและกรองอนุภาคได้อย่างละเอียด การเลือกใช้แผ่นกรอง HEPA (High-Efficiency Particulate Air) หรือ ULPA (Ultra-Low Penetration Air) จึงเป็นมาตรฐานที่จำเป็น HEPA สามารถกรองอนุภาคขนาด 0.3 ไมครอนได้ถึง 99.97% ในขณะที่ ULPA มีความสามารถมากกว่า โดยสามารถกรองอนุภาคขนาด 0.12 ไมครอนได้ถึง 99.999% ความสามารถในการกรองเช่นนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าอากาศที่หมุนเวียนภายใน Cleanroom จะปราศจากสิ่งเจือปนที่อาจสร้างความเสียหายให้กับผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการผลิต
ระบบกรองเหล่านี้ไม่สามารถใช้งานได้โดยลำพัง แต่ต้องติดตั้งร่วมกับระบบ Air Handling Unit (AHU) ที่มีความสามารถในการรักษาแรงลมและปริมาณอากาศให้สม่ำเสมอ พร้อมรองรับอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศตามมาตรฐาน ISO ซึ่งจะช่วยรักษาความสะอาดของพื้นที่อย่างต่อเนื่องโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพในระยะยาว
การควบคุมอุณหภูมิและความชื้น (Temperature and Humidity Control)
อุณหภูมิและความชื้นเป็นปัจจัยแวดล้อมที่มีผลต่อทั้งคุณภาพของผลิตภัณฑ์และสภาวะของอนุภาคในอากาศ หากอุณหภูมิสูงเกินไปอาจทำให้เกิดการขยายตัวของวัสดุ ขณะที่ความชื้นต่ำเกินไปจะนำไปสู่การเกิดไฟฟ้าสถิต ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดความเสียหายต่อวงจรภายในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ มาตรฐาน ISO แนะนำให้อุณหภูมิอยู่ในช่วง 20–25°C และควบคุมความชื้นให้อยู่ระหว่าง 40–60% RH
ระบบ HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) จึงต้องสามารถรักษาค่าที่กำหนดนี้ได้อย่างแม่นยำและต่อเนื่อง โดยเฉพาะในโรงงานที่ตั้งอยู่ในสภาพอากาศแบบเมืองร้อนชื้นของไทย จำเป็นต้องมีระบบ Dehumidifier เสริมควบคุมความชื้น เพื่อป้องกันไม่ให้ค่าความชื้นสัมพัทธ์เกินขีดจำกัดในฤดูฝน
การควบคุมความดันและการไหลของอากาศ (Pressure and Airflow Control)
การออกแบบระบบความดันภายใน Cleanroom ต้องมีการควบคุมให้สอดคล้องกับลำดับความสะอาดของแต่ละโซน โดย Cleanroom ควรอยู่ในสภาพความดันบวก (Positive Pressure) เมื่อเทียบกับพื้นที่ภายนอก เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศที่อาจมีสิ่งปนเปื้อนรั่วไหลเข้ามาในพื้นที่สำคัญ ในกรณีที่มีหลายห้องที่ต้องการระดับความสะอาดต่างกัน เช่น ห้องเก็บ wafer กับห้องประกอบ die ควรมีการจัดลำดับ pressure cascade จากสะอาดมากไปสะอาดน้อย
นอกจากนี้รูปแบบของการไหลของอากาศก็มีบทบาทสำคัญ โดยเฉพาะการใช้ Laminar Flow ที่อากาศจะเคลื่อนที่ลงมาตรง ๆ จากเพดานสู่พื้นอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยผลักอนุภาคลงล่างและออกจากพื้นที่ได้รวดเร็ว ไม่หมุนวนกลับเข้าสู่กระบวนการผลิต อัตราการไหลต้องสอดคล้องกับมาตรฐาน ISO เช่น ISO Class 5 ควรมีอัตราการไหลของอากาศประมาณ 0.45 m/s ±20%
วัสดุและการออกแบบภายใน (Materials and Interior Design)
วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างและตกแต่งภายใน Cleanroom ต้องมีคุณสมบัติในการลดการก่อให้เกิดฝุ่น ไม่ดูดซับความชื้น และทำความสะอาดได้ง่าย โดยพื้นควรใช้วัสดุประเภท Epoxy Self-Leveling ซึ่งมีผิวเรียบ ไม่มีรอยต่อ และสามารถทนสารเคมีได้ดี ผนังและเพดานควรใช้แผ่นเมทัลชีทเคลือบสีโพลีเอสเตอร์ หรือวัสดุเคลือบพิเศษที่ไม่ปล่อยสารระเหยหรืออนุภาค
นอกจากวัสดุแล้ว การออกแบบยังต้องลด dead zone หรือพื้นที่ที่อากาศไม่สามารถไหลผ่านได้ เช่น มุมฉากหรือมุมที่เข้าถึงได้ยาก จึงนิยมออกแบบมุมให้เป็นมุมโค้ง (coving) รวมถึงติดตั้งเฟอร์นิเจอร์แบบ Built-in ที่มีผิวเรียบและไม่เป็นรูพรุน ลดโอกาสในการสะสมฝุ่น
การออกแบบระบบแสงสว่างควรใช้โคมไฟแบบฝังในฝ้าเพดาน เพื่อป้องกันการปล่อยอนุภาคจากระบบไฟลงสู่พื้น และต้องคำนึงถึงค่าความสว่างเฉลี่ยประมาณ 500 ลักซ์ ซึ่งเพียงพอต่อการปฏิบัติงานละเอียดในสายการผลิตชิ้นส่วนไมโครอิเล็กทรอนิกส์
การปฏิบัติงานภายใน Cleanroom
การรักษาความสะอาดของ Cleanroom ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบและระบบเครื่องกลเพียงอย่างเดียว แต่ขึ้นอยู่กับ “วินัยของคน” และกระบวนการที่เข้มงวดในการควบคุมพฤติกรรมภายในพื้นที่ที่ควบคุมสิ่งแวดล้อมอย่างละเอียด บุคลากรที่ทำงานใน Cleanroom คือปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการรักษาระดับความสะอาดให้คงที่ต่อเนื่อง หากไม่มีมาตรการและระบบควบคุมที่ดี การปนเปื้อนจากเส้นผม ผิวหนัง ลมหายใจ หรือพฤติกรรมการเคลื่อนไหวที่ไม่เหมาะสม จะกลายเป็นสาเหตุของความเสียหายต่อกระบวนการผลิตได้ในทันที
การแต่งกาย (Gowning)
ก่อนเข้า Cleanroom พนักงานต้องผ่านขั้นตอนการแต่งกายอย่างเข้มงวด ตั้งแต่การล้างมือ การสวมชุดคลุมที่มีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD-safe garments) การสวมหน้ากาก หมวกคลุมผม ถุงมือ และรองเท้าแบบพิเศษ ทุกขั้นตอนต้องเป็นไปตามลำดับเพื่อไม่ให้เกิดการสัมผัสย้อนกลับหรือปนเปื้อนจากภายนอก การใช้ห้อง Gowning ที่แบ่งเป็นโซนตามลำดับความสะอาด เช่น Pre-Gowning, Air Shower, และ Clean Side เป็นแนวทางมาตรฐานที่ใช้อย่างแพร่หลายในโรงงานอิเล็กทรอนิกส์ชั้นนำในประเทศไทย (thaitakasago.co.th)
การเข้า-ออก (Entry and Exit Procedures)
ทุกครั้งที่บุคลากรเข้า-ออกจาก Cleanroom ต้องปฏิบัติตามกระบวนการควบคุมอย่างเข้มงวด เช่น ใช้ Air Shower เพื่อลดอนุภาคที่ติดตามร่างกาย ใช้ Airlock เพื่อป้องกันแรงดันตก หรือใช้ระบบลานจอดวัสดุ (Material Pass Box) สำหรับการส่งผ่านชิ้นงานโดยไม่เปิดประตูหลัก การเปิดประตูพร้อมกันทั้งสองฝั่งเป็นสิ่งต้องห้ามเด็ดขาดเพราะจะทำให้แรงดันภายในห้องเสียสมดุล
การฝึกอบรมและการควบคุมวินัย (Training & Compliance)
พนักงานที่ปฏิบัติงานใน Cleanroom ต้องผ่านการอบรมตั้งแต่พื้นฐานของ Cleanroom Behavior, มาตรฐาน ISO 14644, จนถึงกระบวนการผลิตเฉพาะของแต่ละโรงงาน เช่น การจับจับ wafer หรือ die อย่างปลอดภัย หลายโรงงานในไทยยังขาดระบบประเมินผลและทบทวนความรู้ด้านนี้อย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เกิดความประมาทในการใช้งานห้องสะอาด
การมีระบบ audit ภายใน เช่น Cleanroom Behavior Audit หรือการใช้กล้องวงจรปิดเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของพฤติกรรมในห้องสะอาด เป็นแนวทางที่ควรนำมาปรับใช้เพื่อรักษามาตรฐานความสะอาดให้สม่ำเสมอทุกกะ ทุกคน
ความท้าทายและแนวทางการพัฒนา Cleanroom ในประเทศไทย
ในประเทศไทย Cleanroom เริ่มเป็นที่รู้จักในวงกว้างมากขึ้นโดยเฉพาะในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ยา และอาหาร แต่การประยุกต์ใช้ Cleanroom ระดับสูงที่ต้องรองรับการผลิตระดับไมครอนในเซมิคอนดักเตอร์และ Advanced Packaging ยังเป็นสิ่งที่พบได้น้อย โรงงานส่วนใหญ่ยังขาดทั้งโครงสร้างพื้นฐานและองค์ความรู้ที่จำเป็นในการออกแบบ บริหาร และตรวจสอบ Cleanroom ตามมาตรฐาน ISO 14644 อย่างครบวงจร
การลงทุนเริ่มต้นสูง
หนึ่งในอุปสรรคสำคัญคือค่าใช้จ่ายเริ่มต้นในการก่อสร้าง Cleanroom ที่ได้มาตรฐาน โดยเฉพาะในพื้นที่ที่ต้องการ ISO Class 5 ขึ้นไป ระบบกรองอากาศที่มีคุณภาพ ระบบควบคุมแรงดัน อุณหภูมิ ความชื้น และระบบควบคุมทางเข้าออกต้องใช้เทคโนโลยีระดับสูงที่มีต้นทุนมาก โรงงาน SME หรือผู้ผลิตรายย่อยจำนวนมากจึงมักเลือกใช้ Cleanroom แบบกึ่งสำเร็จรูปที่ไม่สามารถควบคุมสิ่งแวดล้อมได้เต็มประสิทธิภาพ ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในระยะยาว
การขาดความรู้และผู้เชี่ยวชาญ
อีกปัญหาสำคัญคือการขาดแคลนบุคลากรที่มีความรู้ด้านการออกแบบและบริหาร Cleanroom ในบริบทของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ วิศวกรที่จบสายไฟฟ้า เครื่องกล หรือเคมี ส่วนใหญ่มักไม่ได้รับการฝึกอบรมเกี่ยวกับมาตรฐาน ISO 14644 หรือการตรวจวัดคุณภาพอากาศใน Cleanroom อย่างลึกซึ้ง การขาดทีมบริหาร Cleanroom ที่เข้าใจระบบ HVAC, zoning และ behavior control จึงเป็นจุดอ่อนสำคัญที่ทำให้ Cleanroom ในไทยไม่เสถียรในระยะยาว
การใช้มาตรฐานล้าสมัย
โรงงานบางแห่งยังคงอ้างอิงมาตรฐานเก่าอย่าง FED-STD-209E ที่ถูกยกเลิกไปตั้งแต่ปี 2001 และไม่ได้อัปเดตระบบให้ตรงตาม ISO 14644 ฉบับใหม่ ซึ่งเน้นการตรวจสอบคุณภาพอากาศในรูปแบบ Dynamic (ขณะใช้งาน) มากกว่าการวัดในสภาวะ Static (ตอนที่ห้องว่าง) เหมือนในอดีต ซึ่งการเข้าใจและปรับตามมาตรฐานล่าสุดนี้มีผลต่อการผ่าน audit จากลูกค้าในต่างประเทศโดยตรง
แนวทางการพัฒนา
การพัฒนา Cleanroom ในไทยควรเริ่มต้นจากการส่งเสริมการอบรมบุคลากรในสายวิศวกรรม ให้เข้าใจมาตรฐาน ISO 14644 และแนวทางการออกแบบ Cleanroom ที่เหมาะสมกับประเภทอุตสาหกรรมของตน นอกจากนี้ ภาครัฐควรมีนโยบายสนับสนุนด้านภาษีหรือเงินกู้ดอกเบี้ยต่ำสำหรับการลงทุน Cleanroom โดยเฉพาะในกลุ่มอุตสาหกรรมเป้าหมายของประเทศ เช่น อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะหรือหุ่นยนต์อุตสาหกรรม
ภาคเอกชนควรสร้างพันธมิตรกับผู้ให้บริการออกแบบและก่อสร้าง Cleanroom ที่เข้าใจสภาพภูมิอากาศไทย เช่น บริษัทผู้เชี่ยวชาญในไทยอย่าง Thai Takasago Co., Ltd. ที่มีประสบการณ์ในการสร้าง Cleanroom ที่ผ่านการ audit จากลูกค้าระดับสากล Thai Takasago Co., Ltd.
Cleanroom คือหัวใจสำคัญของการผลิตชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์และ Advanced Packaging ที่มีความละเอียดสูง การออกแบบและบริหาร Cleanroom ไม่ใช่แค่เรื่องเทคโนโลยี แต่คือระบบรวมของวิศวกรรม พฤติกรรม และการควบคุมคุณภาพที่ต้องบูรณาการอย่างรอบด้าน ประเทศไทยสามารถยกระดับตัวเองในห่วงโซ่อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์โลกได้ หากสามารถยกระดับมาตรฐาน Cleanroom ให้สอดคล้องกับ ISO 14644 และสร้างความรู้ ความเข้าใจให้ครอบคลุมทั้งในระดับวิศวกรและผู้บริหาร การลงทุนใน Cleanroom คือการลงทุนในอนาคตของอุตสาหกรรมที่กำลังจะเป็นรากฐานใหม่ของเศรษฐกิจไทย
แหล่งอ้างอิง
- ISO 14644 : How to maintain clean room standards – Cleanstat (Thailand) Co., Ltd.
- What Is ISO 14644 And Why Does It Matter For Your Cleanroom? – Lighthouse Worldwide Solutions
- THAI TAKASAGO │ CLEAN ROOM SYSTEM
บทความที่น่าสนใจ
- 2.5D/3D-IC และ Chiplet การประกอบชิปสมัยใหม่ กับบททดสอบใหม่ของ EMS ไทย
- Advanced Packaging & Electronics Supply Chain บทบาทใหม่ของประเทศไทยในสนามแข่งขันโลก
- จาก Mass Production สู่การแข่งกันในระดับ Substrate และชิ้นส่วนระดับนาโน
- SiC และ GaN วัสดุเปลี่ยนโลกพลังงาน พลิกอนาคต EV และ Data Center
- Substrate และ HDI หัวใจของการผลิตอุตสาหกรรมยุค AI และ 5G
