Khí nén sạch (CDA), nitơ và khí trơ đều đi tới công cụ ở áp suất vài bar. Máy đếm hạt lại được thiết kế để hút khí ở áp suất khí trời. Khoảng cách đó chỉ có hai cách xử lý: giảm áp rồi đo thông qua bộ lấy mẫu khí nén PMS Compressed Gas Kit, hoặc đo trực tiếp ngay tại áp suất đường ống với các thiết bị chuyên dụng như máy đếm hạt khí PMS HPGP 101-C. Chọn sai nhánh thì không phải là đo kém chính xác hơn — mà là con số thu được không dùng được cho mục đích ban đầu, đặc biệt là khi cần đánh giá tuân thủ theo phương pháp thử ISO 8573-4.
Nội dung chính
ISO 8573-1 phân lớp độ sạch hạt như thế nào
ISO 8573-1:2010 phân loại độ sạch khí nén theo ba nhóm chất bẩn — hạt rắn, nước và dầu — và một đặc tả thường được ghi dưới dạng ba số, ví dụ 1.2.1 nghĩa là hạt lớp 1, nước lớp 2, dầu lớp 1. Với riêng hạt rắn, bảng phân lớp đếm số hạt trong mỗi mét khối theo ba dải kích thước:
| Lớp | 0,1 < d ≤ 0,5 µm | 0,5 < d ≤ 1,0 µm | 1,0 < d ≤ 5,0 µm |
|---|---|---|---|
| 0 | Do người sử dụng hoặc nhà cung cấp quy định, và phải nghiêm ngặt hơn lớp 1 | ||
| 1 | ≤ 20.000 | ≤ 400 | ≤ 10 |
| 2 | ≤ 400.000 | ≤ 6.000 | ≤ 100 |
| 3 | — | ≤ 90.000 | ≤ 1.000 |
| 4 | — | — | ≤ 10.000 |
| 5 | — | — | ≤ 100.000 |
Nguồn: ISO 8573-1:2010, bảng phân lớp hạt rắn. Từ lớp 6 trở lên, tiêu chuẩn không còn đếm hạt theo dải kích thước mà chuyển sang giới hạn theo nồng độ khối lượng. Đây là chi tiết quyết định lựa chọn thiết bị, và là nội dung của phần tiếp theo.
Cần lưu ý một điểm khi đọc bảng: đơn vị là số hạt trên mỗi mét khối. Ở lưu lượng 2,8 LPM, một mét khối mẫu tương ứng gần sáu giờ hút liên tục; ở 28,3 LPM là khoảng 35 phút. Vì vậy khi lập quy trình kiểm tra khí nén, thể tích mẫu và thời gian đo phải được tính từ trước, không thể suy ra sau khi đã mua thiết bị.
ISO 8573-4 quyết định bạn được dùng thiết bị nào
ISO 8573-4 là phần quy định phương pháp thử cho hạt rắn, và bản sửa đổi năm 2019 cho phép bốn nhóm phương pháp, nhưng không phương pháp nào dùng được cho toàn bộ mười lớp độ sạch:
| Phương pháp | Lớp độ sạch áp dụng | Cho ra thông tin gì |
|---|---|---|
| Đếm hạt quang học (OPC) | Lớp 1 – 5 | Số hạt theo dải kích thước, đo được liên tục |
| Kính hiển vi quang học | Lớp 3 – 5 | Kích thước và hình dạng từng hạt |
| Kính hiển vi điện tử | Lớp 1 – 5 (mới được cho phép) | Hình thái từng hạt, có thể kèm phân tích thành phần |
| Cân khối lượng (gravimetric) | Lớp 6 – X | Nồng độ khối lượng, không phân bố kích thước |
Nguồn: ISO 8573-4:2019, tổng hợp theo tài liệu kỹ thuật của MVA Scientific Consultants và Lighthouse Worldwide Solutions.
Kết luận thực hành rất gọn: máy đếm hạt là công cụ đúng cho lớp 1 – 5. Nếu khí của bạn thuộc lớp 6 hoặc bẩn hơn, tiêu chuẩn đánh giá bằng khối lượng hạt thu trên phin lọc, và một máy đếm hạt quang học không phải thiết bị phù hợp cho phép thử đó — không phải vì kém, mà vì nó trả lời một câu hỏi khác. Ngược lại, nếu bạn cần chứng minh khí đạt lớp 1 hoặc lớp 0 cho khu vực đặt công cụ, đếm hạt quang học là con đường khả thi và duy nhất đo được liên tục.
Hai kiến trúc đo khí có áp
Khi đã xác định dùng máy đếm hạt, còn lại một quyết định về kiến trúc:
- Nhánh A — giảm áp rồi đo. Dùng một bộ phụ kiện chuyên dụng (chẳng hạn như bộ lấy mẫu khí nén PMS Compressed Gas Kit) để hạ áp và dẫn dòng mẫu vào máy đếm hạt khí thông thường. Đây là cách phổ biến cho CDA, nitơ và khí trơ, phục vụ đúng bài toán ISO 8573.
- Nhánh B — đo trực tiếp tại áp suất đường ống. Dùng thiết bị được thiết kế để nhận khí ở áp suất cao mà không cần giảm áp. Đây là cách dùng cho khí công nghệ siêu tinh khiết trong nhà máy bán dẫn, nơi mọi bước xử lý trung gian đều có nguy cơ thêm hạt hoặc làm mất hạt.
Điểm cần hiểu là hai nhánh không cạnh tranh cùng một chỗ. Bước giảm áp là một khâu nằm giữa nguồn khí và cảm biến, và mọi khâu như vậy đều là ứng viên gây nhiễu: hạt sinh ra từ chính bộ giảm áp, hoặc hạt bị mất do lắng đọng trên thành ống. Với khí nén công nghiệp ở lớp 1–2, ảnh hưởng này được kiểm soát ở mức chấp nhận được bằng thiết kế phụ kiện đúng. Với khí UHP mà mục tiêu là hạt cỡ 0,1 µm, người ta chọn cách bỏ hẳn khâu trung gian.
Nhánh giảm áp: PMS Compressed Gas Kit và Lighthouse HPD
Nếu nhánh giảm áp hướng tới khí công nghiệp thông thường, thì máy đếm hạt khí PMS HPGP 101-C đi theo nhánh còn lại: nhận khí ở áp suất đường ống, không qua bước giảm áp.
| Hạng mục | PMS Compressed Gas Kit | Lighthouse High Pressure Diffuser (HPD) |
|---|---|---|
| Chức năng công bố | Giảm áp và dẫn mẫu vào máy đếm hạt | Lấy mẫu khi dòng mẫu đang ở áp suất |
| Khí áp dụng | Khí nén công nghiệp (CDA), N₂, khí trơ | CDA, nitơ và các khí trơ khác |
| Dải áp suất đầu vào | Không nêu trên trang sản phẩm — xác nhận theo cấu hình | 5 – 150 psi, tuỳ cấu hình |
| Lưu lượng hỗ trợ | Theo máy đếm hạt khí PMS đi kèm | Bản vented: 0,1 hoặc 1,0 CFM · bản ported: 0,1 / 1,0 / 2,0 / 3,5 CFM |
| Vật liệu | Không nêu chi tiết trên trang sản phẩm | Thân thép không gỉ 5 chi tiết, gioăng O fluorocarbon (Viton) thay thế được |
| Tiêu chuẩn tham chiếu | ISO 8573 | Ứng dụng lấy mẫu CDA và khí trơ |
Nguồn: trang sản phẩm Techmaster/PMS và datasheet High Pressure Diffuser công bố trên golighthouse.com.
Hai lưu ý cốt lõi khi lựa chọn
-
Mức độ minh bạch của thông số: Lighthouse cung cấp sẵn dải áp suất và lưu lượng chi tiết, thuận lợi nếu bài toán của bạn có ràng buộc thông số từ trước. Ngược lại, với hệ thống của PMS, bạn cần xác nhận lại giới hạn áp suất dựa trên cấu hình thực tế định mua.
-
Đánh giá toàn hệ thống: Cả hai bộ giảm áp này đều chỉ là phụ kiện làm nhiệm vụ chuẩn bị dòng mẫu. Chất lượng số liệu (độ nhạy, số kênh đo) được quyết định hoàn toàn bởi chiếc máy đếm hạt gắn phía sau. Vì vậy, việc chỉ so sánh riêng các bộ giảm áp là không đầy đủ; bạn bắt buộc phải đánh giá chúng như một hệ thống đồng bộ.
Nhánh đo trực tiếp: PMS HPGP 101-C
Máy đếm hạt tiểu phân khí siêu tinh khiết PMS HPGP 101-C đi theo nhánh còn lại: nhận khí ở áp suất đường ống, không qua bước giảm áp.
| Thông số | HPGP 101-C |
|---|---|
| Dải đo độ nhạy | 0,1 – 5,0 µm |
| Số kênh | 8 kênh: 0,1 / 0,2 / 0,3 / 0,5 / 1,0 / 2,0 / 3,0 / 5,0 µm |
| Áp suất đường ống | 40 – 150 psig (2,8 – 10,3 bar) |
| Lưu lượng mẫu | 0,1 SCFM (2,8 LPM) |
| Hiệu suất đếm | > 50% tại 0,14 µm |
| Thiết kế quang học | Buồng quang thụ động, tán xạ góc rộng 90°, detector mảng xử lý song song |
| Nguồn sáng | Laser HeNe |
| Tương thích khí | O₂, H₂ và hầu hết khí không độc; dùng được cho khí phản ứng |
| Hệ dữ liệu | PDS-E: RS-232, Ethernet (PMS protocol, Modbus TCP, OPC) |
| Hiệu chuẩn | Vật liệu chuẩn truy xuất theo NIST |
Ba điểm khác biệt định vị thiết bị
-
Thiết kế in-line thực thụ: Dải áp 40–150 psig không phải là giới hạn chịu đựng, mà là điều kiện bắt buộc để thiết bị vận hành. Đây là máy đo chuyên dụng trên đường ống có áp, không phải máy đếm hạt môi trường được gắn thêm phụ kiện.
-
Tiêu chuẩn bán dẫn: Với độ nhạy 0,1 µm, HPGP 101-C vượt xa tiêu chuẩn khí nén công nghiệp ISO 8573-1 để phục vụ dải khí công nghệ siêu tinh khiết (UHP). Việc hãng công bố “hiệu suất đếm > 50% tại 0,14 µm” phản ánh rất trung thực năng lực thực tế của phần quang học.
-
Bản chất của ngưỡng 150 psi: Dù ngưỡng áp suất tối đa (150 psi) trùng với bộ giảm áp Lighthouse HPD, chức năng hoàn toàn trái ngược. HPGP 101-C tiếp nhận nguyên mức áp suất này vào trực tiếp buồng đo; trong khi phụ kiện HPD chỉ dùng ngưỡng này làm giới hạn đầu vào để xả bớt áp trước khi cấp cho hệ thống phía sau. Phân tích sâu hơn về ứng dụng khí UHP có trong bài đo hạt nano 10 nm trong khí công nghệ bán dẫn.
An toàn và nơi xả khí thừa
Đo khí có áp đặt ra hai câu hỏi mà phép đo khí phòng sạch thông thường không có.
Khí thừa đi đâu. Lighthouse phân biệt rõ hai bản của HPD theo đúng tiêu chí này: bản vented xả khí mẫu thừa vào chính khu vực đang đo, bản ported dẫn khí thừa ra ngoài khu vực. Đây không phải chi tiết phụ. Xả một dòng khí có áp vào phòng sạch đang phân loại sẽ gây nhiễu động khí và có thể ảnh hưởng tới chính phép đo cũng như tới các điểm đo lân cận; với khí không phải không khí, đó còn là vấn đề an toàn cho người vận hành. Chọn vented hay ported vì thế nên được quyết định từ giai đoạn thiết kế quy trình, không phải lúc đứng tại chỗ đo.
Khí phản ứng và khí nguy hiểm. Với nhóm khí ngoài không khí và nitơ, máy đếm hạt khí PMS HPGP 101-C công bố ba lớp bảo vệ: bình chứa an toàn (containment vessel), purge bằng khí trơ, và tự ngắt nguồn khi phát hiện rò rỉ khí mẫu. Cấu hình này cho phép làm việc với O₂, H₂ và khí phản ứng — nhóm khí mà một máy đếm hạt thông thường cộng phụ kiện giảm áp không được thiết kế để xử lý. Nếu khí công nghệ của bạn nằm trong nhóm này, đó là tiêu chí loại trừ chứ không phải tiêu chí cho điểm.
Việc bảo vệ cảm biến trong môi trường khí và hoá chất đặc biệt được bàn thêm trong bài bốn điểm chết của chuỗi lấy mẫu trong hệ giám sát hạt liên tục.
Bảng chọn nhanh
| Bài toán | Nhánh phù hợp | Lý do |
|---|---|---|
| Chứng minh CDA/N₂ đạt ISO 8573-1 lớp 1 – 2 | Giảm áp + máy đếm hạt khí | ISO 8573-4 cho phép OPC ở lớp 1 – 5 |
| Khí thuộc lớp 6 trở lên | Phương pháp cân khối lượng | Lớp 6 – X định nghĩa theo nồng độ khối lượng |
| Khí công nghệ UHP trong fab, cần ngưỡng 0,1 µm | Đo trực tiếp — HPGP 101-C | Bỏ khâu giảm áp, 8 kênh từ 0,1 µm |
| Khí phản ứng, O₂ hoặc H₂ | Đo trực tiếp có containment + purge | Yêu cầu an toàn, không chỉ yêu cầu đo |
| Đang phân loại phòng sạch, không được gây nhiễu động | Cấu hình xả khí ra ngoài khu vực | Khí thừa xả tại chỗ ảnh hưởng phép đo |
Cả PMS và Lighthouse đều có sản phẩm trưởng thành cho nhánh giảm áp, và cả hai đều công bố ứng dụng cho CDA, nitơ và khí trơ. Khác biệt đáng kể nhất giữa hai hãng trong phạm vi bài này không nằm ở phụ kiện mà ở việc PMS có thêm nhánh đo trực tiếp ở áp suất đường ống cho khí UHP và khí phản ứng. Nếu bài toán của bạn chỉ là khí nén nhà máy theo ISO 8573, cả hai đều là lựa chọn hợp lý và nên so sánh dựa trên máy đếm hạt cùng hệ phần mềm mà bạn đã có.
Câu hỏi thường gặp
Có thể cắm trực tiếp máy đếm hạt phòng sạch vào đường khí nén không?
Không. Máy đếm hạt khí thông thường được thiết kế để tự hút mẫu ở áp suất khí trời; đưa dòng khí vài bar vào đầu vào của nó sẽ làm sai lưu lượng — và do số đếm được quy đổi theo lưu lượng, kết quả trở nên vô nghĩa — đồng thời có nguy cơ hỏng bơm và cảm biến. Cần một bộ phụ kiện chuyên dụng để hạ áp và ổn định dòng mẫu, hoặc một thiết bị được thiết kế để nhận khí ở áp suất đường ống ngay từ đầu.
Máy đếm hạt quang học dùng được cho mọi lớp độ sạch của ISO 8573 không?
Không. Theo ISO 8573-4, đếm hạt quang học áp dụng cho lớp 1 đến 5. Từ lớp 6 trở lên, tiêu chuẩn định nghĩa độ sạch theo nồng độ khối lượng hạt, và phép thử tương ứng là cân phin lọc trước và sau khi lấy mẫu. Kính hiển vi quang học phủ lớp 3 – 5, còn kính hiển vi điện tử được bản 2019 cho phép dùng cho lớp 1 – 5.
Vì sao cần đo trực tiếp ở áp suất cao thay vì giảm áp cho gọn?
Vì mỗi khâu trung gian giữa nguồn khí và cảm biến đều có thể thêm hạt hoặc làm mất hạt do lắng đọng trên thành ống. Với khí nén công nghiệp đánh giá ở lớp 1 – 2, ảnh hưởng này kiểm soát được bằng phụ kiện thiết kế đúng. Với khí công nghệ siêu tinh khiết mà mục tiêu là hạt cỡ 0,1 µm, sai số do khâu giảm áp có thể sánh ngang chính đại lượng cần đo, nên người ta bỏ hẳn khâu đó. HPGP 101-C nhận khí ở 40 – 150 psig chính vì lý do này.
Bản vented và ported khác nhau ở đâu và chọn thế nào?
Theo tài liệu của Lighthouse, bản vented xả khí mẫu thừa vào chính khu vực đang đo, còn bản ported dẫn khí thừa ra ngoài khu vực. Chọn ported khi đang phân loại hoặc giám sát một phòng sạch mà nhiễu động khí có thể ảnh hưởng kết quả, hoặc khi khí mẫu không phải không khí và việc xả vào phòng là vấn đề an toàn. Bản vented đơn giản hơn về lắp đặt và phù hợp khi hai điều kiện trên không phải mối lo.
Một mét khối mẫu mất bao lâu?
Phụ thuộc lưu lượng của máy đếm hạt. Ở 2,8 LPM — lưu lượng của HPGP 101-C và của cấu hình 0,1 CFM — một mét khối cần khoảng 357 phút, gần sáu giờ. Ở 28,3 LPM (1,0 CFM) là khoảng 35 phút. Vì bảng phân lớp của ISO 8573-1 tính theo số hạt trên mỗi mét khối, thể tích mẫu và thời gian đo cần được xác định ngay khi thiết kế quy trình kiểm tra.
