1-9. Clean Room의 종류 및 기류 방식에 대하여 설명하시오.

클린룸(Clean Room)은 공기 중의 미립자, 미생물, 화학 증기 등의 오염 물질 농도를 엄격하게 제어하여 특정 수준 이하로 유지하도록 설계 및 관리되는 공간입니다. 반도체, 제약, 바이오, 정밀 기기 제조 등 청정도가 제품 품질에 결정적인 영향을 미치는 산업 분야에서 필수적입니다.

클린룸은 주로 공기 중 부유 입자의 농도를 기준으로 등급을 분류하며, 요구되는 청정도 수준에 따라 적합한 기류 방식이 적용됩니다.

 

1. 클린룸의 종류 (Classification)

클린룸은 단위 부피당 허용되는 특정 크기 이상의 입자 개수에 따라 등급이 분류됩니다. 국제적으로는 ISO 14644-1 표준이 가장 널리 사용되며, 과거에는 미국 연방 표준인 Fed Std 209E가 사용되기도 했습니다 (현재는 폐지되었으나 여전히 참고되기도 합니다).

• ISO 14644-1 기준: ISO Class 1부터 ISO Class 9까지 분류되며, 숫자가 낮을수록 요구되는 청정도가 높습니다. (ISO Class 1이 가장 깨끗함, ISO Class 9는 일반적인 실내 공간보다는 깨끗하지만 클린룸 중에서는 가장 낮은 등급) 각 Class는 0.1 µm, 0.2 µm, 0.3 µm, 0.5 µm, 1 µm, 5 µm 등의 입자 크기별 허용 개수 상한선을 정하고 있습니다.
  • 예: ISO Class 5는 Fed Std 209E Class 100과 유사한 청정도를 나타냅니다 (0.5 µm 크기 입자가 1 m³당 3,520개 이하).
• Fed Std 209E 기준 (폐지): Class 1, 10, 100, 1,000, 10,000, 100,000 등으로 분류되었으며, 숫자는 1 ft³당 0.5 µm 크기 입자의 최대 허용 개수를 의미했습니다. 숫자가 낮을수록 청정도가 높습니다.

클린룸의 종류(등급)는 달성해야 할 입자 농도 수준을 나타내며, 이는 후술할 기류 방식 및 필터 효율 등을 결정하는 중요한 기준이 됩니다.

 

2. 기류 방식 (Airflow Patterns)

클린룸 내에서 공기를 어떻게 움직여 오염 물질을 제어하느냐에 따라 크게 두 가지 기류 방식으로 나뉩니다.

• 혼합형 기류 (Mixed Flow / Non-Unidirectional Flow / 난류형 기류):
  • 원리: 조화된 공기를 천장의 디퓨저를 통해 실내로 공급하고, 실내 공기와 혼합시킨 후 천장이나 벽체의 환기구/배기구를 통해 배출하는 방식입니다. 공기 흐름이 난류적이며 실내 전체에 걸쳐 균일하지 않고 섞입니다.
  • 작동 방식: 일반적인 공조 시스템과 유사하게 덕트와 디퓨저를 사용합니다. 공급된 청정 공기가 실내 오염 공기를 희석(Dilution)시키는 원리로 청정도를 유지합니다.
  • 특징:
    • 구현이 비교적 간단하고 초기 설치 비용이 낮습니다.
    • 청정도 요구 수준이 상대적으로 높지 않은 클린룸(일반적으로 ISO Class 7, 8, 9 등)에 적용됩니다.
    • 공기 혼합 과정에서 오염 물질이 실내에 머무를 가능성이 있으며, 특히 입자 발생원 주변에 오염 물질이 정체될 수 있습니다.
    • 환기 횟수(Air Change Rate)를 높여 희석 효과를 증대시키는 방식으로 청정도를 관리합니다.
• 층류형 기류 (Laminar Flow / Unidirectional Flow / 단방향 기류):
  • 원리: 조화된 공기를 실내 전체 단면에 걸쳐 균일한 속도로 한 방향으로만 흘려보내고, 반대편 전체 단면으로 배출하는 방식입니다. 공기가 평행한 기류층을 형성하여 오염 물질을 '밀어내는(Pushing)' 원리로 청정도를 유지합니다.
  • 작동 방식:
    • 수직 층류 (Vertical Unidirectional Flow): 천장 전체를 고성능 필터(HEPA 또는 ULPA 필터)로 덮어 공기를 아래 방향으로 균일하게 공급하고, 바닥 전체 또는 하부 벽체에 설치된 배기구를 통해 배출합니다. 가장 흔하고 효과적인 층류 방식입니다.
    • 수평 층류 (Horizontal Unidirectional Flow): 한쪽 벽 전체를 고성능 필터로 덮어 공기를 수평 방향으로 공급하고, 반대쪽 벽 전체에 설치된 배기구를 통해 배출합니다. 작업 영역이 길거나 수평 방향의 오염 확산 제어가 필요할 때 사용될 수 있습니다.
  • 특징:
    • 오염 물질이 발생 즉시 기류에 의해 외부로 빠르게 배출되므로 청정도가 매우 높게 유지됩니다.
    • 매우 높은 청정도 요구 수준을 만족시킬 수 있습니다 (일반적으로 ISO Class 5 이하, Fed Std 209E Class 100 이하).
    • 혼합형 기류에 비해 훨씬 높은 풍량과 정밀한 기류 제어가 필요하며, 천장 및 바닥 전체를 사용해야 하므로 초기 설치 비용이 매우 높습니다.
    • 실내 압력차가 엄격하게 관리되어야 외부 공기 유입을 최소화할 수 있습니다.

클린룸의 종류(요구 청정도)에 따라 적합한 기류 방식이 선택됩니다. 높은 청정도가 요구되는 공간(ISO Class 5 이하)은 대부분 층류형 기류 방식을 적용하며, 상대적으로 낮은 청정도 공간(ISO Class 7 이상)에서는 혼합형 기류 방식이 주로 사용됩니다. 요구되는 청정도는 클린룸 내에서 수행되는 작업의 종류와 민감도에 따라 결정됩니다.