ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ การผลิตชิ้นส่วนต่าง ๆ เช่น แผงวงจรพิมพ์ (PCB), แผ่นเวเฟอร์ (Wafer Fab) และเซมิคอนดักเตอร์ (Semiconductor) ล้วนต้องอาศัยกระบวนการที่แม่นยำในระดับไมโคร ถึงนาโนเมตร ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุม ทั้งสภาพแวดล้อม อุปกรณ์ และสารเคมีที่ใช้ในแต่ละขั้นตอนอย่างเคร่งครัด

บทความนี้ เอเพกซ์จะพาทุกคนมาเจาะลึกว่า สารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์นั้นมีชื่อเรียกเกรด หรือมีระดับของความบริสุทธิ์ต่างกันอย่างไร และเลือกใช้อย่างไรให้เหมาะกับงานผลิตแต่ละประเภท เพื่อประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และคุณภาพสูงสุดในกระบวนการผลิต

แต่ก่อนอื่น มาทำความรู้จักกับ “ชิ้นส่วน” ที่สำคัญในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กันก่อน

ชิ้นส่วนสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นสมาร์ทโฟน คอมพิวเตอร์ ชิปประมวลผล หรืออุปกรณ์สื่อสารล้วนเกิดจากกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน ประกอบด้วยหลายชิ้นส่วนที่ทำงานร่วมกันอย่างแม่นยำ โดยแต่ละชิ้นส่วนจำเป็นต้องผ่านขั้นตอนการผลิตเฉพาะที่แตกต่างกัน และใช้สารเคมีที่มีคุณสมบัติเฉพาะเจาะจงในแต่ละกระบวนการเช่นกัน

1. Printed Circuit Board (PCB) หรือแผ่นวงจรพิมพ์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถเชื่อมต่อสัญญาณไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. Wafer Fabrication (Wafer Fab) เป็นการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ใช้เป็นฐานในการสร้างวงจรรวม (Integrated Circuits – IC) ที่อยู่ภายในชิปอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งต้องอาศัยความแม่นยำสู งและมีมาตรฐานความสะอาดที่เข้มงวด

3. Semiconductor หรือที่เรียกง่าย ๆ ว่า “ชิป”  โดยเป็นขั้นตอนที่รวมเทคโนโลยีระดับสูงเพื่อสร้างทรานซิสเตอร์ และวงจรที่ซับซ้อนในระดับนาโนเมตรลงบนแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งจะถูกนำไปบรรจุลงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อใช้งานจริง

แต่ละขั้นตอนที่กล่าวมานี้มีความเฉพาะตัว และมีข้อกำหนดที่เข้มงวดแตกต่างกัน ซึ่งแน่นอนว่า ความบริสุทธิ์ของสารเคมีที่ใช้ในแต่ละกระบวนการก็จะไม่เหมือนกัน ความเข้าใจโครงสร้างการผลิตเหล่านี้จึงเป็นจุดเริ่มต้นสำคัญในการเลือกใช้สารเคมีให้เหมาะสมกับแต่ละงาน

ต่อจากบทความครั้งที่แล้ว เราได้มีโอกาสรู้จักกับชื่อ และระดับความบริสุทธิ์ของสารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์กันไปแล้ว ในบทความนี้เอเพกซ์ จะพาทุกคนมาเจาะลึกมากขึ้น ว่าในแต่ละระดับนั้นแตกต่างกันอย่างไร…

ระดับความบริสุทธิ์ของสารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์

แม้จะเป็นสารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์เหมือนกัน แต่ก็ยังมีการแบ่งระดับความบริสุทธิ์เพิ่มเติมออกไปอีก ตามความซับซ้อน และความละเอียดของกระบวนการผลิต เช่น การผลิตวงจรขนาดเล็กระดับไมโครเมตรจนถึงนาโนเมตร ซึ่งต้องการสารเคมีที่บริสุทธิ์และควบคุมสิ่งเจือปนได้เข้มงวดยิ่งขึ้น

เกรดสารเคมีสำหรับงานอิเล็กทรอนิกส์ระดับสูงจึงถูกแบ่งออกเป็นหลายระดับ โดยแต่ละเกรดมีมาตรฐานด้านความบริสุทธิ์ และข้อกำหนดต่างกันไป ดังตารางด้านล่าง..

• XLSI (Extra Large Scale Integration)
  เป็นเกรดที่มีความบริสุทธิ์สูงสุด โดยมีระดับความเข้มข้นของโลหะเจือปนที่ต่ำมาก คือ น้อยกว่า 0.1 ส่วนในพันล้านส่วน (ppb) หรือ 100 ส่วนในล้านล้านส่วน (ppt) เหมาะสำหรับเทคโนโลยีที่มีขนาดเล็กมากในช่วง 0.09 - 0.20 ไมโครเมตร (µm) ใช้ในการผลิตวงจรรวมที่มีความซับซ้อนสูงและต้องการประสิทธิภาพสูงสุด
   

• SLSI (Super Large Scale Integration) / Semiconductor Grade
  เป็นเกรดที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยมีความเข้มข้นของโลหะเจือปนน้อยกว่า 1 ppb ใช้สำหรับเทคโนโลยีในช่วง 0.20 - 0.80 ไมโครเมตร (µm) ซึ่งรองรับการผลิตวงจรรวมขนาดใหญ่และซับซ้อน มักใช้ในงานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง อีกทั้ง เกรดนี้เป็นมาตรฐานสำหรับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปที่ต้องการคุณภาพสูง
   

• ULSI (Ultra Large Scale Integration)
  เป็นเกรดที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า VLSI โดยมีการควบคุมโลหะเจือปนในระดับต่ำกว่า 10 ppb และเหมาะสำหรับเทคโนโลยีขนาด 0.80 - 1.20 ไมโครเมตร (µm) เกรดนี้ใช้ในการผลิตวงจรรวมที่มีขนาดใหญ่มาก
   

• VLSI (Very Large Scale Integration)
  เป็นเกรดที่เริ่มใช้ในการผลิตชิ้นส่วนในอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กระหว่าง 0.80 - 1.20 ไมโครเมตร (µm) และจำกัดสิ่งโลหะหนักเจือปนน้อยกว่า 50 ppb 
   

• Electronic Grade (SEMI, MOS, CMOS)
  สารเคมีกลุ่มนี้พัฒนาขึ้นเพื่อรองรับงานในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปที่มีขนาดมากกว่า 1.20 ไมโครเมตร (µm) เช่น การผลิตแผงวงจร การล้างพื้นผิว และการเตรียมวัสดุ โดยจะควบคุมโลหะหนักเจือปนน้อยกว่า 100 ppb

การเลือกใช้สารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์

ทุกกระบวนการในการผลิตล้วนต้องอาศัยสารเคมีในการเตรียมพื้นผิว ทำความสะอาด ล้างสิ่งเจือปน (Rinsing) การแกะสลัก (Etching) หรือแม้แต่การเคลือบ (Coating) ซึ่ง “ระดับความบริสุทธิ์ของสารเคมี” ที่ใช้ในแต่ละกระบวนการย่อมไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นงาน และความเข้มงวดของมาตรฐานที่ควบคุม

โดยในบทความนี้เอเพกซ์จะมาแนะนำการเลือกใช้สารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์ ในแต่ละชิ้นส่วนกัน

1.สารเคมี สำหรับผลิตแผ่นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (PCB)

การผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นกระบวนการสำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ โดยมีขั้นตอนหลักคือการพิมพ์ลายวงจร, กัดทองแดง, เจาะรู, การเคลือบ และการเชื่อมต่อกับส่วนประกอบต่างๆ สิ่งสำคัญที่สุดคือ ความสะอาดของพื้นผิว เพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดไฟฟ้าลัดวงจร (short circuit) จากการปนเปื้อนของโลหะหนัก

ดังนั้น สารเคมีที่ใช้ในการผลิต PCB มักเริ่มต้นด้วยเกรด AR (Analytical Reagent Grade) หรือ Electronic Grade (เช่น SEMI หรือ MOS Grade) เนื่องจากขนาดของแผงวงจรค่อนข้างใหญ่และไม่ไวต่อสิ่งเจือปนเท่ากับการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงมากเป็นพิเศษ

2.สารเคมี สำหรับผลิตแผ่นเวเฟอร์ (Wafer Fab)

Wafer Fab หรือ Wafer Fabrication เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและต้องทำในสภาพแวดล้อมแบบ Cleanroom ตั้งแต่ Class 100 ลงไป ซึ่งหมายถึงต้องควบคุมอนุภาคในอากาศและความบริสุทธิ์ของสารทุกชนิดที่ใช้ในระบบอย่างเข้มงวด สารเคมีที่ใช้ใน Wafer Fab ต้องผ่านการกรองในระดับ sub-micron และมีค่าการปนเปื้อนโลหะหนักต่ำในระดับ ppb ผู้ผลิตเวเฟอร์จึงควรเลือกใช้ สารเคมีเกรดตั้งแต่ระดับ VLSI ขึ้นไป ที่สามารถระบุค่าควบคุมปริมาณไอออน โลหะหนักเจือปนได้สูงสุด

Wafer Fab หรือ Wafer Fabrication คือกระบวนการผลิตวงจรรวม (Integrated Circuits - ICs) บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ซับซ้อนและมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

สารเคมีที่ใช้ในกระบวนการ Wafer Fab ต้องมีคุณสมบัติพิเศษคือ

• ผ่านการกรองในระดับ Sub-micron: เพื่อกำจัดอนุภาคขนาดเล็กที่อาจปนเปื้อนในสารเคมี

• มีค่าการปนเปื้อนโลหะหนักต่ำในระดับ ppb (parts per billion): โลหะหนักแม้ในปริมาณเพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

ดังนั้น ผู้ผลิตเวเฟอร์จึงจำเป็นต้องเลือกใช้สารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก โดยทั่วไปจะใช้สารเคมีเกรดตั้งแต่ระดับ VLSI (Very Large Scale Integration) ขึ้นไป ซึ่งเกรดเหล่านี้จะมีการระบุค่าควบคุมปริมาณไอออนและโลหะหนักเจือปนสูงสุดไว้อย่างละเอียด เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการผลิตจะได้ผลลัพธ์ตามมาตรฐานที่ต้องการ

3.สารเคมี สำหรับผลิตเซมิคอนดักเตอร์ (Semiconductor)

ขั้นตอนสุดท้ายและซับซ้อนที่สุดในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์คือการผลิต ชิปเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งต้องมีการฝังทรานซิสเตอร์จำนวนนับล้านตัวในพื้นที่ระดับ นาโนเมตร กระบวนการนี้ต้องการมาตรฐานความบริสุทธิ์และการควบคุมที่สูงที่สุด

การผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ไม่เพียงต้องการห้องปลอดเชื้อ Cleanroom Class 10 หรือ Class 1 เท่านั้น *มาตรฐาน Class ดังกล่าวเข้มงวดกว่า Class 100 มาก 

แต่ยังต้องใช้ สารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูงที่สุดในอุตสาหกรรม เพื่อให้ได้ชิปที่มีประสิทธิภาพและปราศจากข้อบกพร่อง ดังนั้น สารเคมีที่ใช้จึงต้องเป็นเกรด ULSI (Ultra Large Scale Integration) หรือ XLSI (Extra Large Scale Integration) การควบคุมความบริสุทธิ์ในระดับนี้เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง เพราะแม้แต่การปนเปื้อนเพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลกระทบร้ายแรงต่อการทำงานของวงจรในระดับนาโนเมตรได้ 

จะเห็นได้ว่า งานผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แต่ละประเภท ไม่ว่าจะเป็น PCB, Wafer Fab หรือ Semiconductor ต่างก็มีความต้องการด้านคุณภาพของสารเคมีที่แตกต่างกัน จึงต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับระดับความซับซ้อนของงาน ตั้งแต่ระดับความบริสุทธิ์ การควบคุมสิ่งเจือปน ไปจนถึงความเสถียรระหว่างล็อต เพื่อให้มั่นใจได้ว่ากระบวนการผลิตจะปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และได้คุณภาพของชิ้นงานตามมาตรฐาน

เอเพกซ์ เคมิเคิล เข้าใจถึงความแตกต่างของแต่ละกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ตั้งแต่ผู้ผลิต PCB ไปจนถึงผู้ผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ระดับนาโน เราจึงคัดสรรสารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์หลากหลายระดับ ตั้งแต่ Electronic Grade ไปจนถึง XLSI และ ULSI พร้อมบริการให้คำแนะนำในการเลือกสารให้เหมาะสมกับลักษณะงานของคุณโดยเฉพาะ

หากสนใจผลิตภัณฑ์ สามารถติดต่อสอบถามได้ที่

Tel : 02-038-9999

Email : info@apexchemicals.co.th

Line : @ApexChemicals

หรืออ่านบทความเพิ่มเติม เกี่ยวกับความสำคัญของสารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์ สามารถย้อนอ่านได้ที่ https://www.apexchemicals.co.th/blogDetails.php?id=576