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이 종 형 |
Ⅰ. 머리말 |
클린룸은 일반 공조개념과는 다소 차이가 있으므로 설계에 필요한 클린룸의 기본적인 요구사항과 이를 충족시킬 수 있는 설계요령에 대하여 설계자는 충분한 숙지가 필요하게 된다. |
Ⅱ. 사양의 확인 |
클린룸을 설계함에 있어 반드시 확인해야 할 사항에 대하여 서술한다. |
클린룸의 필요 청정도를 확인한다. |
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클라스 |
입경 |
개수 |
압력 |
온도 |
습도 |
기류 |
조도 |
비 고 |
Fed. Std. |
100 |
≥0.5 |
≤100 |
≥1-3 |
추정치 |
40-50 |
층류방식 |
1080 |
Fed. Std. |
최근 |
0.1㎛ |
≤10 |
≤ |
≤2-3 |
23±0.1 |
45±2 |
0.25 |
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2. 온습도 |
클린룸의 온습도 및 그 범위를 확인한다. 클린룸에서의 온습도조건은 인간을 대상으로 하지 않고 제품의 특성에 의해 정해지게 된다. |
3. 배기량 |
클린룸내에서 설치되는 각종 장비의 배기량, 대수, 운전조건 등을 정확히 파악한다. |
필요공기 청정도 |
클린룸 방식 |
고청정도를 필요로 하는 실(클라스 1,10) |
수직층류방식 |
실전체가 클라스 100을 필요로 하는 실 |
수직층류방식 |
상류측에서만 클라스 100을 필요로 하는 실 |
수평층류방식 |
일부분만을 클라스 100을 필요로 하는 실 |
난류방식(클린부스방식의 병용) |
상기이외의 청정도를 필요로 하는 실 |
난류방식 |
클린룸의 청정도를 유지하기 위해서는 정확한 배기량을 파악하여 실내를 적정한 압력으로 유지할 필요가 있다. 배기량은 설계단계와 최종단계상태에서 크게 다른 경우가 많기 때문에 특히 주의해야 할 사항이다. |
4. 유틸리티 |
유틸리티 배관의 수, 위치를 확인한다. |
5. 소음 및 진동 |
클린룸에서의 송풍량은 일반 사무소 건물에 비하여 막대한 양이 되기 때문에 이에 따른 소음 및 진동이 커지게 된다. 특히 진동은 정밀산업분야에서는 치명적인 악영향을 미치기 때문에 반드시 소음 및 진동의 보정치를 확인해야 한다. |
6. 조명 |
조명기구에 따라 발열량 및 발진량이 다르기 때문에 조명기구의 종류를 확인한다. |
Ⅲ. 공조방식 |
필요공기 청정도에 따라 표[3.1]과 같이 방식을 결정한다. |
전자산업분야에서 주로 적용되고 있는 층류방식의 설계과정은 그림 [3.1]과 같다. |
규격(미 연방기준, 미 항공우주국규격)에서는 층류방식 클린룸의 취출풍속을 0.45±0.1m/s로 정하고 있기 때문에 기본적으로 이 풍속을 채용하고 있다. 또한 공군규격에서는 수직방식의 기류속도를 0.25m/s이상으로 정하고 있어 건축주와 협의하여 근사한 값을 채용하는 경우도 있다. |
그림[3.1] 층류방식의 설계과정
(2) 취출방식과 취출면적의 결정 |
수직층류방식과 수평층류방식의 클린룸에서 취출면의 데드 공간을 최소화시키기 위해서는 필터부착 프레임의 평면면적을 작게 할 뿐만 아니라 건축과 설비를 모듈화시켜 불필요한 프레임을 설치 않도록 하는 것이 중요하다. 균일한 평행류를 형성하기 위해서는 일반적으로 총면적에 대한 필터의 면적이 80%이상이 요구되고 있다. |
(3) 송풍량의 결정 |
층류방식의 송풍량은 취출풍속에 취출면적을 곱한 값으로 한다. 도입외기량은 이하의 방식으로 구한다. |
(4) 필터의 선정 |
필터의 선정기준을 이하에 나타낸다. |
(5) 필터 플레임의 선정 |
필터방식의 필터 플레임은 프란다스방식, 엔바코 방식, 웨버방식, 일반방식의 4종류로 구분할 수 있다. 프란다스방식은 찬넬안에 고점도 비건조 특수 씰액으로 HEPA필터를 씰하는 방식으로 씰의 신뢰성이 아주 우수한 방식이다. |
(6) 흡입구의 선정 |
수직층류방식의 흡입구는 이중바닥구조로 한다. |
종 류 |
특 징 | |
알루미늄 다이캐스트 |
1) 가장 많이 사용된다. | |
스 틸 |
1) 알루미늄 다이캐스트에 비하여 약간 저렴하다. | |
그레이팅 |
아연도금 강재 |
1) 염가이다. |
알루미늄 |
1) 염가이다. |
(7) 흡입구의 개공율 결정 |
1) 개공율의 결정 |
개공율에 의하여 클린룸과 흡입구 직하의 차압을 형성시킨다. 차압은 그 클린룸의 정압도와 같게 된다. |
2) 각 위치에서 흡입풍량의 평균화 |
흡입구는 이상과 같이 정한 개공율로 설치하고 이하에서 서술학 될 편류조정의 풍량조절기능(프리필터, 맹판, 샷더부착 등)이 필요하다. |
그림[3.2] 기류형상과 압력분포
(8) 전치 필터의 선정 |
HEPA필터의 수명을 연장시키기 위하여 이하와 같은 전치필터를 설치한다. 또한 외기필터는 포집효율 60%(NBS법) 이상으로 보유용량이 큰 것을 사용한다. |
그림[3.3] 전치 필터의 구성(클라스100)
그림[3.4] 전치 필터의 구성(클라스1,10)
2. 난류방식 |
난류방식의 설계과정은 그림[3.5]와 같다. |
그림[3.5] 난류방식의 설계과정
(1) 발진량의 추정 |
난류방식의 클린룸은 희석법으로 청정도를 유지하는 방법이므로 클린룸내의 발진량을 가능한 한 정확히 추정하는 것이 중요하다. |
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0.3 ㎛ 이상 (개/min.인) |
0.5 ㎛ 이상 (개/min.인) | ||||
보통 작업복 |
무진복 |
보통 작업복 |
무진복 | |||
백의형 |
Cover All형 |
백의형 |
Cover All형 | |||
서 있을 때 |
543,000 |
151,000 |
13,600 |
339,000 |
113,000 |
5,580 |
앉아 있을 때 |
448,000 |
142,000 |
14,800 |
302,000 |
112,000 |
7,420 |
팔의 상하 움직임 |
4,450,000 |
463,000 |
49,000 |
2,980,000 |
298,000 |
18,600 |
상체의 구부림 |
3,920,000 |
770,000 |
39,200 |
2,240,000 |
538,000 |
24,200 |
팔의 자유운동 |
3,470,000 |
572,000 |
52,100 |
2,240,000 |
151,000 |
20,600 |
머리의 상하좌우 |
1,230,000 |
187,000 |
22,100 |
631,000 |
266,000 |
11,000 |
상체의 비틀림 |
2,240,000 |
390,000 |
31,400 |
850,000 |
605,000 |
14,900 |
물의 구부림 |
4,160,000 |
1,110,000 |
62,500 |
3,120,000 |
605,000 |
37,400 |
제자리 걸음 |
4,240,000 |
1,210,000 |
92,100 |
2,800,000 |
861,000 |
44,600 |
보행 |
5,360,000 |
1,290,000 |
157,000 |
2,920,000 |
1,010,000 |
56,000 |
(2) 환기회수의 결정 |
난류방식 클린룸의 송풍량은 다음에 서술할 청정도 계산에 의해 구한다. 이 경우는 상술한 바와 같이 정확한 발진량을 파악하는 것은 곤란하다. 따라서 청정도 계산에 의해 구한 송풍량과 표[3.4]에 나타낸 환기회수가 크게 다를 경우는 발진량을 검토해야 한다. |
표[3.4] 전자공업 및 정밀기기의 환기회수 |
대 상 |
클린룸의 등급 |
환기회수[회/h] |
비 고 |
초LSI 전반, IC 마스크 공정, |
100 |
400 - 500 |
일반적으로 수직층류를 채용 |
자기테이프, 필름, IC제작, 마이크로 접점, TV브라운관, 컴퓨터, 공학기기, 정밀장치 |
1,000 |
50 - 80 |
바닥흡입방식 : 50회/h |
미사일부품, 유체소자, 렌즈, 컴퓨터, 정밀기기조립, 반도체 소자 |
10,000 |
30 - 40 |
생산기기의 구동부, 벨트, 체인부근 |
컴퓨터 조립 및 사용실, 프린트 기관, 전자부품, 시계, 카메라, 베어링, |
100,000 |
15 - 20 |
냉방부하의 풍량이 환기회수를 초과하는 경우가 많다. |
그림[3.6] 청정도의 계산
기본적인 청정도 계산방법은 그림[3.6]과 같다. |
(3) 송풍량의 결정 |
난류방식의 클린룸에서는 청정도를 기준으로해서 구한 송풍량과 열부하로부터 구한 송풍량을 비교하여 큰 쪽의 최종 송풍량으로 결정한다. 또한 도입외기량은 다음과 같이 구한다.(그림 3.7 참고) |
그림[3.7] 송풍량
(4) HEPA필터의 선정 |
난류방식의 클린룸에서는 포집효율 99.97%(DOP법)이상의 HEPA필터를 사용한다. 또한 열부하로부터 구한 송풍량이 청정도로부터 구한 송풍량보다 많은 경우는 포집효율이 낮은 필터를 이하와 같이 선정한다. |
(5) 취출구, 흡입구의 선정 |
난류방식의 클린룸에서는 실내에 취출한 청정공기가 주위의 공기를 유인시키지 않고 이 기류에 먼지를 실어 흡입구로 배출되도록 취출구, 흡입구의 형상 및 위치를 분산, 배치시킨다. 그러나 국소적으로 고청정도를 필요로하는 경우에는 클린 유니트, 클린 부스 등을 그 부분에 설치하든가 혹은 청정공기를 집중적으로 취출하는 방법을 채용한다. |
(6) 정압의 유지방법 |
외부로 오염공기가 침입하면 소정의 청정도를 유지할 수 없기 때문에 클린룸내는 항상 오염지역보다 항상 정압을 유지해야 한다. |
어떤 양의 공기를 연속적으로 클린룸외로 유출함으로써 실내의 정압을 적당한 수준(일반적으로 인접실과의 압력차는 0.5~2.0mmAq로 한다.)으로 유지한다. 정압차는 너무 높을 경우에는 건축재료에 강도적인 부담이 있으며 문의 개폐 또한 어렵게 된다. |
각 실이 각각 독립계통인 경우는 그림 [3.8]과 같이 클라스 100(수직층류방식), 클라스 10,000(난류방식)의 각 계통마다 외기 및 리턴댐퍼로 실내압을 조절한다. |
그림[3.8] 가압방법(각 실이 독립계통인 경우)
② 리턴 플레넘이 공용인 경우 |
청정도가 다른 클린룸의 리턴 플레넘이 공용인 경우는 그림[3.9]와 같이 리턴 플레넘의 압력이 거의 일정하면 클라스 100과 10,000과의 압력차는 공기가 악세스 플로우를 통과할 때의 ΔP1과 ΔP2와의 차가 된다. 따라서 클린룸간의 차압설정은 악세스 프로우의 통과저항으로 조정한다. |
그림[3.9] 가압방법(리턴 플레넘이 공용인 경우)
③ 기계실이 흡입챔버인 경우 |
리턴 플레넘이 공용이며, 기계실을 흡입챔버로 하는 경우에는 그림[3.10]에 나타낸 기계실의 압력 P3는 리턴 플레넘 모서리부의 저항 ΔP3가 크게 영향을 미친다. 또한 ΔP3가 크면 기계실은 부압이 되어 외부로부터 공기가 침입하기 때문에 P3를 대기압보다 약간 높은 정압으로 유지한다. 이 때문에 ΔP를 3mmAq 이내로 유지할 필요가 있다. 각 실간의 압력차는 ②에서와 같이 바닥 통과저항에 의하여 설정한다. 또한 일반공간과의 압력차는 외기 및 리턴 댐퍼로 조절한다. |
그림[3.10] 가압방법(기계실이 흡입챔버인 경우)
2) 가압공기량 |
가압공기량은 클린룸의 실용적, 문의 수, 구조 및 벽체의 극간 등에 따라 일반적으로 정할 수는 없지만, 일반적으로 환기회수계산으로써 2-3회/h의 외기량을 흡입한다. |
Ⅳ. 배기설비 |
각 공장마다 사용되는 배기는 그 종류가 차이가 있겠지만 크게 산, 알카리, 유기용제, 특수가스 및 일반배기 등으로 구분할 수 있다. 이중 산과 알카리계통은 스크러버 등에 의해 처리된다. 그 밖의 특수가스는 폭발성, 위험성이 있어 전용장치에 의해 처리를 하게 된다. 이들의 배기설비에서 주의해야 할 사항은 다음과 같다. |
(1) 부식에 강할 것 |
산 및 알카리 계통 : 경질염화비닐 |
(2) 누출이 없을 것 |
누출이 될 경우 악영향을 초래함으로 각각의 재질에 따라 적당한 가스켓, 씰용접, 용접법을 사용한다. |
(3) 미스트를 제거할 것 |
습식계통의 배기덕트는 미스트가 혼입되므로 미스트를 제거할 수 있는 구조로 하고 분기덕트는 부덕트의 측면이나 상부에서 분기되도록 해야한다. |
(4) 충분한 강도가 있을 것 |
산, 알칼리계통은 스크러버에 의해 처리되지만, 스크러버의 저항, 덕트, 장치의 흡입부 등 전체저항이 증가하여 10mmAq를 초과하는 경우가 많다. 이러한 부압에 견딜 수 있는 강도를 유지해야 한다. |
(5) 대기오염 및 안전성을 고려할 것 |
각종 가스, 화학약품은 그 배출가스농도가 제한되고 있고 폭발 및 화재의 위험성이 있으므로 배기계통을 면밀히 검토하여 명확히 구분할 필요가 있다. |
(6) 장래의 변경 및 증설에 대비할 것 |
분기덕트는 장래를 감안하여 예비덕트를 일정 간격으로 설치하고 주덕트는 가능한 한 여유를 주는 것이 장래의 확장에 용이하게 대응할 수 있다. |
참고문헌 |
1. 孫章烈 : CLEAN ROOM의 設計 및 建設現況, 日本 專門家 招靑 클린룸 세미나(클린룸 設計 및 建設技術), 1990. 5 |