Transcript Measurement and Test requirements

HDD Failures and Handling
School of Mechanical Engineering
Institute of Engineering
Suranaree University of Technology
Measurement and Test requirements





Disc Balance
Acoustic
Leak test
NRRO & RRO
Track registration
Measurement and Test requirements
ฮาร์ดดิสก์ถูกออกแบบให้ทางานตามข้อกาหนดทางเทคนิคต่างๆ เช่น
 shock, vibration, temperature, humidity,
altitude และ magnetic field
 ถูกป้ องกันจาก ESD
 Breathing hole บน top cover จะต้องไม่ถูกสิ่ งของหรื อวัสดุ
อื่นมาปิ ดไว้
 ไม่มีแรงภายนอกมากระทา หรื อกดต่อฮาร์ ดดิสก์
ั ฮาร์ดดิสก์อยูใ่ นพิกดั ที่
 ขนาดของกระแสและกาลังไฟฟ้ าที่ป้อนให้กบ
เหมาะสม
Measurement and Test requirements
ฮาร์ดดิสก์ถูกออกแบบให้ทางานตามข้อกาหนดทางเทคนิคต่างๆ(ต่อ)
 ฮาร์ ดดิสก์ถูกต่อลงดินผ่านสกรู ที่ใช้ยด
ึ ฮาร์ดดิสก์เข้ากับสิ่งที่ถูกติดตัง
 สกรู ที่ใช้ถูกขันยึดด้วยแรงบิดที่กาหนด ความลึกที่กาหนด
 Interface เหมาะสม เช่น SATA
 Power-off sequence ของฮาร์ ดดิสก์ถูกกาหนดแล้วตาม
“Required power-off sequence.”
Measurement and Test requirements





Disc Balance
Acoustic
Leak test
NRRO & RRO
Track registration
Disk Balance

A disk drive recording
device comprises at
least two platters for
storing magnetic
recording data and a
spindle motor rotating
at high speed for
mounting the platters.
Disk Balance

The disk drive is assembled by using pushing
devices to push the platters toward the center of the
spindle motor in respective directions to bring a
portion of an inside circumference of a concentric
center hole of each of the platters in contact with an
outer circumference of the spindle motor so that the
center of gravity of each platter coincides with a
center axis of the spindle motor.
Disk Balance

Method for balancing a
rotating assembly
using eccentric rings
(United States Patent
6947253)
Measurement and Test requirements





Disc Balance
Acoustic
Leak test
NRRO & RRO
Track registration
Acoustic
Sound power level
 Measurements are to be taken in accordance
with ISO 7779.
 The mean of the sample of 40 drives is to be
less than the typical value.

Each drive is to be less than the maximum
value.
Acoustic

The sound power in
dB converted from
Watts as follows:
Ten times the common
logarithm of the ratio of
the acoustic power to the
reference sound power,
10-12 W or 1 pW.

The symbol is LW
Acoustic

The criteria of A-weighted sound power level
are described below.
Acoustic


The background power
levels are to be recorded.
Sound power tests are to
be conducted with the
drive supported by
spacers so that the lower
surface of the drive be
located 25±3 mm above
from the chamber floor.
No sound absorbing
material shall be used.
Acoustic
The acoustical characteristics of the disk
drive are measured under the following
conditions.
 Idle mode - Power on, disks spinning, track
following, unit ready to receive and
respond to control line commands.
 Operating mode - Continuous random
cylinder selection and seek operation of
actuator with a dwell time at each cylinder.
Measurement and Test requirements





Disc Balance
Acoustic
Leak test
NRRO & RRO
Track registration
Leak Test


It is air leak test when air pressure is applied
into the HDD cavity.
It indicate HDD seal performance.
Measurement and Test requirements





Disc Balance
Acoustic
Leak test
NRRO & RRO
Track registration
NRRO & RRO

Non-repeatable Run-out (NRRO) is one of
the main sources of Track Mis-Registration
(TMR) which prevents high track density.
NRRO & RRO




It is reported that NRRO is mainly generated
by the defect frequencies of ball bearing.
Minimizing NRRO, lowering acoustical noise,
and improving reliability.
There is an upper limit at which the Ball
Bearing design can no longer overcome the
NRRO problem at the higher areal densities.
Currently with Ball Bearings, NRRO has
settled in the 0.1 micro-inch range.
NRRO & RRO

Fluid Dynamic Bearing (FDB) motors
generates less NRRO due to the higher
viscosity of lubrication oil between the sleeve
and stator.
NRRO & RRO
FDB design
 higher damping




reduced frequency resonance
better non-operational shock resistance
greater speed control
improved acoustics.
NRRO & RRO
Error Types: NRRO (Non-Repeatable RunOut)
 External shock and vibration (other spindles)
 Spindle bearing runout (periodic but not
synchronous)
 Air turbulence: disk vibration/flutter, actuator
windage
 Actuator pivot and flex cable bias (nonlinear)
NRRO & RRO
Error Types: RRO (Repeatable Run-Out)



Synchronized to spindle rotation
Disk slip, thermal motion, drive induced
vibration, STW NRRO
Compensation techniques (include peak filter
and feed forward)
Measurement and Test requirements





Disc Balance
Acoustic
Leak test
NRRO & RRO
Track registration
Track registration

Disk Transfer Rate:
The test defines the linear reading speed in
thousand bytes/sec. In the end, the test gives
two numerical values - speed in the beginning
and in the end of the disc.
Track registration

Disk Access Time:
The test defines an access time in ms. The
final value is equal to the sum of average
latency and average seek time.

Disk CPU Utilization:
The test shows the CPU utilization in
percents in the course of data exchange with
a disc.
Failures

Failures
 Media Failures
 Head Failures
 Head-Media Spacing / Fly Height
 PCBA Failures
 Mechanical Failures
 Thermal Asperity (TA)
 Off Track Read/Write
Media Failure
 the
platters and the magnetic media,
 servo operation and the like.
 read or write errors,
 poor handling,
 scratches on the media surface,
 errors in low-level formatting, etc.
Head and Head Assembly Failures
 improper
flying height,
 head contamination,
 defects in head manufacture,
 bad wiring between the heads and the logic
board
Head-Media Spacing / Fly Height
There are many ways that hard disk can fail
 The most famous way is “Head crash”
 Head crashes is are the "airline disasters" of
the hard disk world but actually responsible
for a small percentage of total drive problems
Head crashes on HDD
Above: A severe headcrash on a SCSI hard disk
Head crashes on HDD

Cause:



dust or contamination
sudden jolt or shock.
Recovery Possibilities:


Most of head crash are completely
unrecoverable
some head crashes are mild and most of
the data can be recovered.
Logic Board or Firmware Failures
related to the drive's integrated logic board, its
chips and other components, and the
software routines (firmware) that runs it.
Mechanical Failures
 the
spindle motor or bearings,
 motor burnout,
 "stuck" bearings,
 excessive heat,
 excessive noise and vibration.
 Actuator problems
Thermal asperity (TA)
Definition: A TA is a read signal spike caused
by sensor temperature rise due to contact
with disk asperities or contaminant particles.
 Cause: TA’s may cause GMR or MR heads
to temporarily lose their reading capability,
and may potentially damage the transducer.
Track average amplitude (TAA)
Definition: the average peak-to-peak value of the
data over a specified range of sectors
Depends on
 the density of the drive’s platter
 the sensitivity of the read-channel.
If the TAA is too high, the magnetic flux from the
platter will cause the MR head to saturate, which
distorts the waveform that the head sends to the
preamp.
If the TAA is too low, causing random bit errors.
Clean room's critical control


ESD control
Contamination control
Electrostatic Discharge (ESD)
Electrostatic discharge (ESD) is the sudden
and momentary electric current that flows
between two objects at different electrical
potentials (such as ground). The term is usually
used in the electronics and other industries to
describe momentary unwanted currents that may
cause damage to electronic equipment.
Type of ESD Damage


Upset Failure
Catastrophic Failure
Upset Failure
Upset failures occur when an electrostatic
discharge has caused a current flow that is
not significant enough to cause total failure,
but in use may intermittently result in gate
leakage causing software malfunction or
incorrect storage of information.
Catastrophic Failure


Direct catastrophic failures occur when a
component is damaged to the point where it no
longer functions correctly.
Latent catastrophic failures occur when ESD
weakens a component to the point where it still
functions correctly during testing, but
subsequent minor electrical overstresses or
power surges during normal operation of the
equipment cause the component to fail.
ESD Test Models



Human-Body Model (HBM)
Machine Model (MM)
Charged-Device Model(CDM)
Human-Body Model (HBM)
The HBM was developed to simulate the action of a human
body discharging accumulated static charge through a device
to ground, and employs a series RC network consisting of a
100-pF capacitor and a 1500-Ω resistor.
R=1 MΩ
R=1.5 kΩ
C= 100 pF
MR
Machine Model (MM)
The MM simulates a machine discharging accumulated static
charge through a device to ground. It comprises a series RC
network of a 200-pF capacitor, and nominal series resistance of
less than 1 ohm. The output waveform usually is described in
terms of peak current and oscillating frequency for a given
discharge voltage.
R=1 MΩ
RL=1 Ω
C= 200 pF
MR
Charged-Device Model(CDM)
The CDM simulates charging/discharging events that
occur in production equipment and processes. Potential
for CDM ESD events occur when there is metal-to-metal
contact in manufacturing.
Controlling ESD



Dissipate and Grounding
Isolation
Prevention
Dissipate and Grounding
Human Suit
Machine
Tools
Working Area
Grounding is a means of draining the static
charges present on your body, by use of a
personal grounding device or a wrist strap.
Isolation
Isolation can also be accomplished by keeping
charge generating materials away from working
area
plastic bags
cellophane tape
paper work
common untreated plastic materials
styrofoam cups
Isolation
 during
storage and transportation
 packing of components and assemblies to
protect static charges cannot penetrate
 containers made of conductive materials or
have a conductive layer.
Prevention of ESD




Never enter an ESD-sensitive area without
taking the proper precautions.
Test ground devices for correct operation on
a daily basis.
Open ESD-sensitive items only at a staticsafe workstation.
Always keep your workstation clean and
clear of unnecessary material, particularly
common plastics.
Prevention of ESD



Place ESD-sensitive items on a dissipative
surface, not on top of a blueprint or other
paperwork.
Return ESD-sensitive items to their ESDprotective containers when not actively working
with the items.
Do not hold ESD-sensitive items against your
clothing. Even if you are wearing a wrist strap,
your body is grounded but your clothes are not!
ESD Environment
Temperature 19-25 C
 Relative humidity 40-60%
 Dust (Cleanroom Technology)

Contaminations
สิ่งปนเปื ้ อนใน HDD
 การควบคุมสิ่งปนเปื ้ อน
 การคาดการณ์ และการวิเคราะห์ ส่ ง
ิ ปนเปื ้ อน

What is Contamination
Contamination หมายถึง สิง่
แปลกปลอมที่เข้ าไปปะปนกับ
สายการผลิตและส่งผลกระทบให้
เกิดความเสียหายกับตัวงานและ/
หรื อกระบวนการผลิต
Quality, Reliability, Yield, Cost
ขนาดของอนุภาคแขวนลอย
ชนิดและผลกระทบของแหล่ งปนเปื ้ อนต่ อ HDD
สิ่งปนเปื ้ อนที่เป็ นปั จจัยสาคัญที่ส่งผลกระทบต่ อ HDD
 ฝุ่ นละอองของแข็ง
 สารประกอบไอออนิก
 สารประกอบออแกนนิก
 สารหรื อฝุ่ นที่มีคณ
ุ สมบัติทางแม่เหล็ก
 อื่นๆ เช่น สนามแม่เหล็ก ESD การสัน
่ คลื่นไมโครเวฟ
ฝุ่ นละอองของแข็ง
ได้แก่อนุภาคต่างๆ เช่น
Silicon oxide,
Silicon carbide,
Aluminum oxide,
ฝุ่ นควัน
ฝุ่ นละอองของแข็ง (ต่ อ)
เพื่อให้ การถ่ายทอดสัญญาณได้ ดี
Slider จะต้ องบินใกล้ กบั Platter
มาก และบินด้ วยความเร็วสูงเพื่อให้
อัตราการส่งถ่ายข้ อมูลมีคา่ สูง
ฝุ่ นละอองจะสร้ างความเสียหายอย่างมากต่อ Slider และ
พื ้นผิวของ Platter และขวางกันการถ่
้
ายทอดสัญญาณ
ผลกระทบจากอนุภาคฝุ่ นละอองของแข็ง
ลักษณะของงานที่เสียหายอันเนื่องมาจากอนุภาคของแข็ง
(Hard Particle) ซึง่ ทาลายบนตัวงาน
ผลกระทบจากอนุภาคฝุ่ นละอองของแข็ง
Particulate Contamination
คือ Contamination ที่สว่ นใหญ่เกิด
มาจากฝุ่ นที่ลอยอยูใ่ นอากาศ แล้ ว
สามารถที่จะตกมาสูต่ วั งานได้ ซงึ่
Contamination ในลักษณะนี ้จะมีผล
สืบเนื่องมาจากปรากฏการณ์ทาง
การถ่ ายเทประจุไฟฟ้า (ESD) คือวัสดุ 2 ชิ ้นมีจานวนประจุ
ไฟฟ้าไม่เท่ากัน ซึง่ จะสามารถทาให้ ฝนมาติ
ุ่
ดอยูบ่ นตัวงานได้
สารไอออนิก



ได้แก่ ไอออนบวกและไอออนลบ เช่น Surface finishing of
component or machine (Electroless Nickel
plating), สารประกอบคลอรี น (chloride), sulfate,
phosphate and other --> corrosion
สะสมที่ Slider ทาให้ ระยะห่ างระหว่ าง Slider และ
Platter ลดลง
กัดกร่ อนที่ Slider
สารออแกนนิก
ได้แก่ Silicone, Dissolved organic phosphorus
(DOP), สารลดแรงตึงผิวประเภท Surfactant,
Plasticizer, Outgases material from heating
plastic, Adhesives
สารประกอบออแกนนิกจะทาให้ การถ่ ายทอด
สัญญาณจาก HDD (Hard-disk interface, HDI) ขาด
เสถียรภาพ และสร้ างความเสียหายต่ อหัวอ่ าน
สารหรื อฝุ่ นที่มีคุณสมบัตทิ างแม่ เหล็ก

ได้แก่ เศษฝุ่ นผงหรื ออนุภาคของสารที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก เช่น
Strontium (Sr), Samarium (Sm), วัสดุผสมเหล็กกับ
โบรอน ซึ่งคุณสมบัติเป็ นแม่เหล็ก, Neodymium (Nd)
สารหรื อฝุ่ นที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก จะทาให้การอ่าน
ข้อมูลของหัวอ่านผิดพลาด หรื อเกิดการทาลายสัญญาณ
แม่เหล็กบน Platter
สนามแม่ เหล็กไฟฟ้า
หัวอ่าน(Read/Write head) จะทางานโดยการเปลี่ยนสัญญาณ
แม่เหล็กไฟฟ้าเป็ นข้ อมูลหรื อเปลี่ยนจากข้ อมูลเป็ นสัญญาณ
แม่เหล็กไฟฟ้าขึ ้นกับว่าเป็ นกระบวนการอ่านหรื อเขียนข้ อมูล
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากอุปกรณ์ใดๆ จะเข้ าไปรบกวน
กระบวนการอ่านและเขียนข้ อมูล
แหล่ งที่มาของสิ่งปนเปื ้ อน
Contamination Source
Particle
Ionic
Organic
Magnetic
Wave
Contamination
Man
Materials
Machine
Processes
Environment
Defect
Failure
Wear
Crash
Error
Man
ความชื ้นและเชื ้อโรคต่างๆจาก ลมหายใจ เหงื่อ การไอ/จาม
และการผายลม เป็ นปั จจัยที่ทาให้ เกิดไอของสารประกอบไอ
ออนิก
 ความร้ อนในรู ปความร้ อนสัมผัส (Sensible heat) และ ความ
ร้ อนแฝง (Latent heat) ซึง่ จะทาให้ มีผลต่ออุณหภูมิและ
ความชื ้นภายในพื ้นที่ควบคุม
 ฝุ่ นละออง ติดตามผิวหนัง เส้ นผม เส้ นใยของเสื ้อผ้ าต่างๆ
และสปอร์ ของเชื ้อรา

Man
Contamination ทีเ่ กิดจากคน เกิดได้ หลายวิธี อาทิเช่น การแต่งหน้ า, การ
เคลื่อนไหว, ผิดระเบียบในการปฏิบตั ิตวั ใน Cleanroom
พูดหรื อหายใจ จะมีการแพร่กระจายฝุ่ น หรื อน ้าออกมา
การแผ่ ความร้ อน เป็ นลักษณะ Particulate Contamination
อนุภาคฝุ่ นละอองจากมนุษย์
อัตราการเกิดฝุ่ นละอองจากการเคลื่อนไหวของ
มนุษย์ ขนาดใหญ่ กว่ า 0.3 ไมครอน
ประเภทของการเคลื่อนไหว
จานวนฝุ่ นละออง/นาที
นัง่ หรื อยืน เฉยๆ
100,000
ขยับแขน ขา คอ หัว
500,000
การเคลื่อนไหวตัง่ แต่เท้ าขึ ้นไป
1,000,000
การเปลี่ยนจากยืนเป็ นนัง่
2,500,000
เดินด้ วยความเร็ว 3 กิโลเมตร/ชัว่ โมง
5,000,000
เดินด้ วยความเร็ว 8 กิโลเมตร/ชัว่ โมง
10,000,000
Man
ร่างกายของมนุษย์ก็ยงั สามารถเป็ นตัวกาเนิด Molecular Contamination
ออกมาได้ เช่นกัน
ผิวหนังที่หลุดลอกออกมาก็เป็ น contam
เส้ นผมทาให้ เกิด Chloride ออกมา
Man
เครื่ องสาอาง มีสว่ นประกอบหลัก คือ Silicones ซึง่ ถือได้ วา่ เป็ น Molecular
Contamination
Man
Man
บนผิวหน้ าของคน เกิดคราบมันออกมาเพื่อหล่อเลี ้ยงผิวไม่ให้ แห้ ง ซึง่ นัน่ จะ
ทาให้ เกิดคราบ Silicone ถ้ าใช้ มือไปสัมผัสผิวหน้ า
Man
การเคลื่อนไหว
ขณะอยู่นิ่ง วัดค่า
Particle ได้ ประมาณ
30-40
ถ้ าเคลื่อนไหวโดยใช้
ความเร็วมาก จะวัด
Particle ได้ ถงึ
40,000-50,000
Man
การไอ หรื อจาม สามารถทาให้ เกิด Molecular Contamination ประเภท
Bacteria ออกมาได้ ถึงแม้ จะมี Mouth Cover
Man
ไม่ ควรสนทนากัน ในขณะที่หน้ าชิ ้นงานหรื อมีงานวางอยู่
ด้ านหน้ า
Man
ไม่ ควรเอื้อมหยิบงานอื่น โดยมีงานวางอยูท่ ี่หน้ าพื ้นที่ทางานเพราะอาจมี
ฝุ่ นตกลงไปสูต่ วั งานได้
Man
ไม่ เปิ ด Mouth Cover และกระทาการใดๆ ที่ทาให้ ผิวหนังโผล่ออกมา
ภายนอก
Man
ไม่ ยืนพิง/เท้ าโต๊ ะ เพราะจะทาให้ ฝนที
ุ่ ่อยู่บริ เวณนันติ
้ ดกับตัวเรา และนาไปสูต่ วั งานที่ผลิตได้
Materials




ฝุ่ นละอองที่ติดมากับชินส่ วน
สารเคมีจาพวก Surfactant ที่ติดมาจากกระบวนล้าง
Outgases material จาพวก adhesive
สารแม่เหล็กจาก VCM
Materials
อุปกรณ์ที่ใช้ ใน Cleanroom ต้ องไม่มีสว่ นประกอบที่ทาจากไม้
Materials
อุปกรณ์ที่ใช้ ใน Cleanroom ต้ องไม่มีเป็ นวัสดุที่เกิดสนิม
สนิมที่อยูบ่ นโลหะ
ภาพของเนื ้อสนิมที่มองเห็นด้ วยกล้ องกาลังขยายสูง
ภาพงานที่เกิดปั ญหามาจากคราบสนิม (AIO)
Machine/Processes
ไอระเหยของความชื ้นจากเครื่ องจักร
 ความร้ อนจากเครื่ องจักร
 สารที่เป็ นปั จจัยของการเกิดสารประกอบไอออนิกและออ
แกนนิก
 การสัน
่ และเสียง

Machine/Processes
การกระทบกันระหว่างโลหะกับโลหะ การขูดขีดโลหะ หรื อการขัดสีจะ
ก่อให้ เกิดเศษของโลหะหลุดร่อนออกมา
Environment (External)
อากาศภายนอกที่เข้ าสู่พนื ้ ที่ควบคุม โดยกระบวนการปรับอากาศและการ
รั่วไหลเข้ า
 ฝุ่ นละออง สารของแข็งแขวนลอยในอากาศ
 อุณหภูมิ ความดัน และ ความชืน
้ จากภายนอก
 สารประกอบออแกนนิก (Organic Compound) สารที่มี
องค์ประกอบสาคัญคือ คาร์ บอน และ ไฮโดรเจน
 สารประกอบไอออนิก (Ironic Compound) สารประกอบที่รวมตัวกัน
ด้ วยพันธะไอออนิก
 การรั่ วเข้ าของคลื่นสนามแม่ เหล็กจากภายนอก
 แหล่ งภายนอกอื่นๆ เช่น เสียง แสง การสัน
่ และ เชื ้อจุลินทรี ย์
Environment (Internal)
พืน้ ผิวภายในของผนังและเพดานในพืน้ ที่ควบคุม
 ฝุ่ นละออง เชือรา ฯลฯ
 การซ่ อมแซมในพืนที่ควบคุม
Environment (Internal)
การติดตังหรื
้ อซ่อมแซมเครื่ องจักร ต้ องควบคุมการทางานไม่ให้ เกิดฝุ่ น/เศษ
โลหะ เนื่องจากเมื่อมีการเจาะหรื อตัด จะก่อให้ เกิดปั ญหาเรื่ องผงฝุ่ นประเภท
Sillicon Oxide/ Sillicon Carbide รวมไปถึง Hard Particle ทาให้ เกิดความ
เสียหายกับชิ ้นงานได้ การทาสีจะก่อให้ เกิดปั ญหาด้ าน Out gassing และ
Sillicon ได้ ล้ วนแล้ วแต่ทาให้ เกิดความเสียหายทังสิ
้ ้น
ชนิดและแหล่ งที่มาของสิ่งปนเปื ้ อน
Materials
Acrylates(เรซิ่นชนิดหนึ่ง)
Silicone
DOP
Sulfur compound
Chlorides
Sulfate
Silicon oxide, Silicon carbide
Aluminum oxide
Titanium carbide
Titanium nitride
Sr, Nd
Sources
กาว สารยึดเกาะ (Adhesives)
เครื่ องสาอาง (Lotion, lipstick)
สารเพิ่มความยืดหยุ่น(Plasticizers), plastic containers
Gloves, rubber, เหล็กที่ผ่านการพาสซิเวชัน่ (passivate steels)
Human, bag
Fracture on suspension (FOS) cover coat
Sand, sand paper, cement
วัสดุเคลือบเงา (Polishing material)
ปากคีบเซรามิกส์ (Ceramic tweezers)
หูหนีบ (Clip ring)
สารเคลือบ Voice coil motor (VCM), hand tools
การควบคุมสิ่งปนเปื ้ อน
 สิ่งปนเปื อ
้ นต่างๆ ที่ได้ กล่าวมาแล้ วเป็ นปั จจัยสาคัญที่ทาให้ เกิด
ความผิดพลาดและเสียหายของ HDD โดยเฉพาะที่หวั อ่านและ
Platter
 ในกระบวนการผลิต HDD จึงจาเป็ นต้ องควบคุมสภาวะความ
สะอาดต่างๆ ให้ อยูใ่ นระดับที่ไม่ก่อให้ เกิดความผิดพลาดในการผลิต
 พื ้นที่ควบคุมสภาวะความสะอาดดังกล่าวเรี ยกว่า ห้ องสะอาด
(Cleanroom)
นิยามห้ องสะอาด (Cleanroom)
Federal Standard 209E
ห้ องที่มีตงแต่
ั ้ 1 โซนขึ ้นไปที่ได้ รับการควบคุม อนุภาคแขวนลอย
ในอากาศ (Airborne Particles)
ISO 14644-1
ห้ องที่ได้ รับการควบคุมอนุภาคแขวนลอยในอากาศ และควบคุม
ปั จจัยอื่นๆที่เกี่ยวข้ อง
ห้ องสะอาด (Cleanroom)
ดังนันห้
้ องสะอาดควรหมายถึง บริ เวณที่มีการควบคุม
สภาพแวดล้ อมของห้ องอย่างเหมาะสม :

รูปแบบการไหลของอากาศ (Air flow pattern)

อนุภาคแขวนลอยในอากาศ

อุญหภูมิ ความดัน ความชื ้น

แสง การสัน่

ปั จจัยอื่นๆ ที่สง่ ผลกระทบต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
อนุภาคแขวนลอย (Airborne Particles)
ประกอบด้ วย
 ฝุ่ นละอองของแข็ง
 สสารจาพวกของเหลว
 เชื ้อจุลินทรี ย์
 ก๊ าซที่ปนเปื อ
้ นจากภายนอก
อาจมาจากแหล่งภายในหรื อภายนอกห้ องสะอาดก็ได้
อนุภาคแขวนลอย (Airborne Particles)



อากาศทัว่ ไปจะมีสารแขวนลอยขนาดใหญ่กว่า 0.5 m
ประมาณ 10 ถึง 1000 ล้ านอนุภาคต่อปริ มาตรอากาศ 1 m3
ผู้อาศัยสามารถปล่อยอนุภาคแขวนลอยที่มีขนาดใหญ่กว่า
0.3 m ประมาณ 105 อนุภาค/นาที
ผู้อาศัยสามารถปล่อยสิ่งมีชีวิตจาพวก แบคทีเรี ย สปอร์ ของ
เชื ้อรา ออกจากร่างกายได้ เป็ นจานวนมากอีกด้ วย
Federal Standard 209E Airborne Particulate
Cleanliness Classes (1992)
Class
0.1 µm
35
1
350
10
100
1,000
10,000
100,000
particles/ft³
0.2 µm 0.3 µm
7
75
750
3
30
300
0.5 µm
5 µm
1
10
100
1,000
10,000
100,000
7
70
700
สภาวะแวดล้ อมภายในห้ องสะอาด
 อุณหภูมิ
 ความชื ้น
 ความดัน
 แสงสว่าง
 รู ปแบบการไหล
การควบคุมอุณหภูมิ
อุณหภูมิท่ เี หมาะสม กาหนดตามความต้ องการของกระบวนการ
ผลิต หากไม่ มีความสาคัญทางด้ านการผลิต มักกาหนดให้ อยู่
ในช่ วง 72 oF (22.2 oC) ± 0.25 oF (0.14 oC)
การควบคุมความชืน้




ความชืน้ สัมพัทธ์ ท่ เี หมาะสม ขึน้ กับลักษณะงาน
กระบวนการผลิต หรือชนิดผลิตภัณฑ์
ความชืน้ สูงไป อาจส่ งผลให้ ผลิตภัณฑ์ มีคุณสมบัตหิ รือ
คุณภาพเปลี่ยนไป
ความชืน้ สัมพัทธ์ ต่าไป จะเกิดประจุไฟฟ้าที่วัสดุหรือ
ชิน้ ส่ วน ทาให้ เกิดปั ญหาอนุภาคดูดติดกันได้
หากไม่ มีข้อกาหนดเฉพาะ โดยทั่วไปกาหนดให้ มี
ความชืน้ ประมาณ 40-60 %RH
การควบคุมความดัน
 ควรรักษาความดันในห้ องสะอาดให้ เป็ นบวกเสมอ
(positive pressure)
 ทาได้ โดยจัดให้ ทางเข้ าออกที่ปิดมิดชิดและมีพดั ลมเป่ า (air
shower) เพื่อดันลมออกไปป้องกันมิให้ อนุภาคเข้ ามา
ปนเปื อ้ นในห้ อง
 ห้ องที่มีระดับความสะอาดต่างกัน ให้ มีความดันต่างกัน
อย่างน้ อย 0.05 นิ ้วน ้า
การควบคุมแสงสว่ าง
หากไม่มีการกาหนดพิเศษให้ ใช้ แสงสว่าง 1,080 – 1,620 lux
รู ปแบบการไหล





Conventional Flow Cleanroom
Unidirectional Flow Cleanroom
Mixed Flow Cleanroom
Isolated Flow Cleanroom
Cross Flow Cleanroom
Conventional
Flow Cleanroom
High Efficiency Air Filter
Production
Equipment
Air Extract
การ Design ในลักษณะนีส่ วน
ใหญ่นิยม Design สาหรับ
Cleanroom Class
10,000 และ 1,000
Unidirectional
Flow Cleanroom
การ Design ในลักษณะนี ส่ วน
ใหญ่นิยม Design สาหรับ
Cleanroom Class 100
High Efficiency Air Filters
Production
Equipment
Air Extract
Mixed Flow Cleanroom
High Efficiency Air Filter
Production
Equipment
Air Extract
Mixed Flow Cleanroom
Isolated Flow Cleanroom
High Efficiency Air Filter
Production
Equipment
Air Extract
Cross Flow Cleanroom
วัสดุสาหรั บห้ องสะอาด
 ไม่เป็ นที่สะสมของสิ่งสกปรกได้ งา่ ย ปราศจากหลุมรู พรุ น รอย
แตกผิวขรุขระ
 ทนทานต่อการสึกหรอจากการใช้ งาน
 ไม่สะสม Electrostatic charge
 สามารถซ่อมแซมหรื อถอดเปลี่ยนได้ สะดวก
 มิติคงที่ไม่เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิและความชื ้น
 สามารถเชื่อมต่อกับวัสดุอื่นๆ ได้
วัสดุสาหรั บห้ องสะอาด
เมื่อวัตถุเสื่อมคุณภาพ ต้ องไม่มีผลต่อสิ่งแวดล้ อม
 มีคณ
ุ สมบัติดดู ซับเสียงตามต้ องการ
 คุณสมบัติเหมาะกับการควบคุมอุณหภูมิ หรื อเป็ นฉนวน และ
กันการซึมผ่านของไอน ้าตามต้ องการ

อุปกรณ์ สาหรั บห้ องสะอาด
Air Filter (ตัวกรองอากาศ)
 Air Shower (ฝั กบัวอากาศ)
 Air Lock (แอร์ ลอ
็ ก)
 Passing-Thru Box (กล่องส่งผ่าน)
 Laminar Flow Product (ตัวสร้ างการไหลแบบราบเรี ยบ)
 Air Return (ช่องลมกลับ)
 Cleanroom Apparel (เครื่ องแต่งกายสาหรับห้ องสะอาด)
 Minienvironment

Air Filter
HEPA Filter (High Efficiency Particulate Air Filter)
 VEPA Filter (Very High Efficiency Particulate Air Filter)
 ULPA Filter (Ultra Low Penetration Air Filter)

HEPA Filter
มีประสิทธิภาพการกรองอนุภาคขนาด 0.3 m ต่าสุด
99.97% โดยวิธีการทดสอบแบบ DOP (Di-octylphthalata
Test) และมี Pressure Drop สูงสุดไม่ เกิน 25.4 mm.Hg ที่
Rated Airflow Capacity
นั่นคือมีอนุภาคขนาด 0.3 m เพียง 3 อนุภาคจากจานวน
10,000 อนุภาคเท่ านัน้ ที่ผ่านทะลุ Filter ไปได้
VEPA Filter
มีประสิทธิภาพการกรองอนุภาคขนาด 0.3 m ต่าสุด
99.9997% โดยวิธีการทดสอบแบบ DOP และมี Pressure
Drop สูงสุดไม่ เกิน 25.4 mm.Hg ที่ Rated Airflow Capacity
นั่นคือมีอนุภาคขนาด 0.3 m เพียง 3 อนุภาคจากจานวน
1,000,000 อนุภาคเท่ านัน้ ที่ผ่านทะลุ Filter ไปได้
ULPA Filter
มีประสิทธิภาพการกรองอนุภาคขนาด 0.3 m ต่าสุด
99.9999% โดยวิธีการทดสอบแบบ DOP และมี Pressure
Drop สูงสุดไม่ เกิน 25.4 mm.Hg ที่ Rated Airflow Capacity
นั่นคือมีอนุภาคขนาด 0.3 m เพียงอนุภาคเดียวจากจานวน
1,000,000 อนุภาคเท่ านัน้ ที่ผ่านทะลุ Filter ไปได้
Air Shower
อากาศที่ใช้ กับฝั กบัวอากาศจะต้ องถูก
กรองเป็ นอย่างดีเพื่อใช้ ทาความสะอาด
อุ ป กรณ์ ห รื อพนั ก งานที่ ต้ องเข้ า ไป
ปฏิบตั ิงานให้ องสะอาด
Air Lock
แอร์ ล็อกใช้ สาหรับรักษาระดับความดัน
ภายในห้ องสะอาด มี ลั ก ษณะเป็ น
เหมือนห้ องเล็กๆ ห้ องหนึ่งก่อนเข้ าห้ อง
สะอาด
Passing-Thru Box
กล่ อ งส่ ง ผ่ า นเป็ นอุป กรณ์ ที่ ใ ช้ ในการ
เคลื่อนย้ ายวัตถุจากภายนอกเข้ าสู่ห้อง
สะอาด และใช้ เ คลื่ อ นย้ า ยผลิ ต ภัณ ฑ์
จากห้ องสะอาดออกสูภ่ ายนอกห้ อง
Vertical and Horizontal Laminar Benches
ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ สาหรับการสร้ างการไหลแบบราบเรี ยบ
Cleanroom Apparel
เครื่ อ งแต่ง กายส าหรั บ ปฏิ บัติ ง านใน
ห้ องสะอาด
Cleanroom Apparel
Cleanroom Apparel (Class 10,000)
Shoe Covers
Laboratory Coat
Putting
On
Hair Net
Safety Glasses
Clean Room Gloves
Taking
Off
Cleanroom Apparel (Class 100)
Putting
On
Shoe Covers
Hair Net
Gowning
Bunny Suit
Booties
Hood
Nose/Mouth Mask
Safety Glasses
Clean Room Gloves
Face Shield
Respirator
Outside Clean Room
Taking
Off
For Handling Wafers
Clean Room Dos and Don’ts
Don’t !
 touch your face or skin with gloves
 touch building hardware, oily machinery, or wafer loading
areas
 lean on equipment
 wear cosmetics, powders, or colognes
 wear anything on fingers-- remove all rings and bracelets
 use paper, pencils or markers that leave dust or lint
Clean Room Dos and Don’ts
Do:
change gloves whenever they get dirty or torn
use a fresh pair of gloves whenever handling wafers
wipe down wafer handling areas with isopropanol
use clean room paper and dust-free ball point pens
HDD Handling
Hard disk drives (HDD) can be critically damaged by
static electricity, shock, vibration and other factors.
Therefore, the proper handling of HDD in appropriate
environment to ensure their reliability is important.
•
•
•
•
General instructions
Handling of the package
Storage and handling after unpacking
Assembly and testing
General instructions
1. Wear a wrist strap
when handling HDD
✓
2. Places HDD on a
static-free place
✓
General instructions
3. Do not carry two or
more HDD with one
stacked on top of
another
4. Do not leave HDD in
a vertical position
without putting it in a
container
✗
✗
General instructions
5. Do not let HDD
bump against one
another
6. Do not drop HDD
✗
✗
Handling of the Package
✓
1. Use a packaging
box exclusively
prepared for the
HDD
✗
Handling of the Package
2. Do not drop the
packaging box
3. Do not step on the
packaging box
✗
✗
Handling of the Package
4. Take care when
stacking packages.
The number of
packages that can
be stacked is limited
follows the
instructions (except
when they are
palletized)
✗
Storage and Handling after Unpacking
1. Do not leave HDD in
environment with
extremely high/low
temperature or with
in an excessive
humidity
✗
Storage and Handling after Unpacking
2. If the HDD in
unpacked when its
temperature is lower
than room
temperature, wait
until the HDD
temperature is as
warm as the room
temperature to
avoid dew
condensation
✓
Storage and Handling after Unpacking
3. When placing HDD
temporarily in the
case after
unpacking, put it in
antistatic and shock
absorbing material
at the bottom and all
four inner side of the
case
✓
Storage and Handling after Unpacking
4. Put a shock
absorbing mat and
antistatic mat on the
desk where HDD is
to be handle (the
antistatic should be
on the top)
✓
Storage and Handling after Unpacking
5. Putting the HDD on
the top of the shield
bag will not protect
the adverse effect of
static electricity
discharge
✗
Storage and Handling after Unpacking
6. When carry the
HDD contained in a
case, make sure
that the case is not
exposed to any
shock and vibration
!
Assembly and Testing
1. When carrying HDD
on a cart or belt
conveyor, take
appropriate
measures to protect
them from shock
and vibration
✗
✗
Assembly and Testing
2. Mounting and tools
• Use low impact
screwdriver
• Follow tightening
torque requirements
• Recommended plane
level for mounting
!
Assembly and Testing
3. Powering off; the disk
continues rotating under its
own inertia for about 30
seconds. After the test is
completed and power is
turned off, wait until the
disk comes to a complete
stop before disconnecting
the cable and moving the
HDD
!
Q&A