클린룸 내 기계 오염을 해결하는 일반적인 방법 중 하나는 파티션 또는 커튼을 사용하여 기계와 격리되는 클린룸 내 클린룸을 구축하는 것이다. Subzero Engineering의 Chris Lindlar는 오염물질 누출을 방지하기 위하여 환경 내 오염물질의 분포를 분석하고 예측하는 포괄적인 시뮬레이션 기술을 어떻게 구현할 수 있는지에 대해 논의한다.​

클린룸 내 오염물질 누출은 제약, 전자, 생명과학 및 식품 생산 시설과 같은 산업에서 제품 결함을 유발하고, 통제된 환경을 위태롭게 할 수 있다.

클린룸에서 대부분의 오염물질이 작업자로부터 발생하는 것을 감안할 때, 클린룸 내 오염물질 누출을 식별하고 피하는 데 필요한 주요 조치를 살펴봐야 한다.

이 기사에서는 특정 환경에서 공기 흐름, 열 전달, 그리고 오염물질의 분포를 포함한 유체의 행동을 분석하고 예측하기 위해 포괄적인 시뮬레이션 기술을 구현하는 방법에 대해 논의한다.

우리는 인적 요소뿐만 아니라 습도, 온도, 공기 차압과 같은 외부 요인을 통제하는 것도 고려한다.

The clean environment

수많은 제조 또는 연구 절차에는 먼지와 오물이 제한되거나 심지어 제거되어 오염물질이 없는 통제된 환경이 필요하다.

의료 기구 제조 및 포장, 전자 제품 및 컴퓨터 제조, 식품 조리 및 일부 군사 응용 분야는 모두 깨끗한 환경을 유지하기 위한 엄격한 요구사항이 있다.

클린룸은 세 가지 level(As Built, At Rest, Operational)에서 미립자 수를 측정한다. As Built는 장비, 재료 또는 작업자가 없는 클린룸이 건설될 때의 상태를 의미한다.

클린룸은 일반적으로 제조업체에 의해 As Built level의 청정도가 인증된다. At Rest는 장비, 기계, 가구 및 제품이 들어오고 작업자가 들어오기 전의 클린룸을 의미한다.

이러한 요소는 오염원이 될 수 있으므로 미립자 수의 변화가 예상된다. 마지막으로 Operational level이 있다.

Operational level은 모든 장비와 재료가 들어와 있고 작업을 수행하는 작업자가 있을 때의 클린룸을 의미한다. 추가적인 오염원이 있기 때문에 입자 수에 더 큰 변화가 발생하는 것이 일반적이다.

Identify contaminants

마찰이나 움직임과 관련된 모든 과정은 미립자를 유발할 것이다.

Operational level에서 오염이 급격히 증가하는 것을 방지하기 위해서는 갱의, 청소 및 작업 흐름과 같은 적절한 프로토콜과 절차를 준수하는 것이 중요하다.

공정에 기계가 관련되어 있다면, 해당 기계가 나머지 작업을 오염시키지 않도록 클린룸 내에 추가로 격리해야 할 수도 있다.

압축공기 기계에서 나오는 금속 조각, 가스 및 오일 미스트는 모두 오염의 원인이다. 이 문제를 방지하기 위한 일반적인 해결책은 기계를 격리하기 위해 파티션 또는 커튼을 사용하여 클린룸 내 클린룸을 구축하는 것이다.

해당 공간을 나머지 공간과 별도로 환기시켜야 할 수도 있다.

Contributory issues

현재 작업을 식별하고 현재 수준의 오염물질을 고려하거나 처리했다고 하더라도, 앞으로 주의해야 할 사용법도 있다.

작업이 클린룸에서 세 명의 작업자로 시작되고 나중에는 5~6 명으로 증가할 수 있다. 클린룸에 있는 열을 발생시키는 기계뿐만 아니라 추가적인 체열이 발생하면 클린룸이 더워지고 불편해질 수 있으므로 공기 조절이 필수적이다.

여기서 단일패스와 재순환실의 차이점을 알게 된다. 단일패스 룸은 공기가 HEPA 팬 필터를 통해 실내로 유입되고 바닥의 통풍구 근처에서 룸을 빠져나가는 간단한 디자인이다.

재순환식 설계는 이중 천장 시스템(천장 사이의 공간을 plenum이라고 함), 이중 벽(벽 안의 공간을 air chase라고 함) 또는 이 둘의 조합을 사용한다.

깨끗한 공기는 HEPA 필터를 통해 유입되고, 일반적으로 공기를 다시 plenum 공간으로 되돌리는 프리 필터가 있는 루버 그릴이 있는 air chase를 통해 빠져나간다.

Plenum 영역으로 다시 들어간 후, 재순환된 공기는 새로운 조절 공기와 혼합되며, HEPA 팬 필터를 통과하는 과정이 다시 시작된다.

90%가 넘는 대부분의 클린룸은 오염물질이 실내로 유입되는 것을 방지하도록 설계된 양압실이다.

공기는 일반적으로 ceiling level에서 클린룸으로 유입되며, 팬 동력 HEPA 필터를 통과한 후 0.5 마이크론만큼 작은 입자를 제거한다.

이를 통해 실내 공기 압력이 실외보다 높은 압력실이 만들어진다.

공기와 공기 중의 오염물질은 바닥 쪽으로 밀려들어 가며, 결국 방의 벽 아래 부분의 통풍구를 통해 밖으로 배출된다.

음압실은 오염물질이 방 밖으로 나가는 것을 방지하도록 설계된다.

음압실은 전염병 및 병원균, 생물 오염물질 및 화학 물질, 인화성 물질 및 잠재적인 폭발성 액체 및 분말을 사용하는 일부 위험한 공정의 경우에 사용된다.

여기서 걱정되는 것은 방 안으로 들어오는 것이 아니라 나갈 수 있다는 것이다!

음압실에서는 역방향 HEPA 필터를 통해 공기가 인클로저 밖으로 빠져나오며, 이로써 실내에 음압이 생성되고(오염물질이 방을 떠나는 것을 방지함), 공기는 계속해서 통풍구 및 기타 개구부를 통해 유입된다.

실내로 들어오는 공기의 힘으로 인해 오염물질이 빠져나가는 것을 방지한다.

Simulation

클린룸 환경에서 유체, 기류, 열 전달 및 오염물질 분포를 분석하고 예측하기 위한 포괄적인 시뮬레이션 기술을 구현하는 데에는 몇 가지 주요 단계가 포함된다.

시뮬레이션 접근 방식은 잠재적인 오염물질 누출 지점을 파악하고, 인적 요소뿐만 아니라 습도, 온도, 차압과 같은 외부 요인이 클린룸 환경에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 파악하는 데 중요하다.

고급 시뮬레이션 기술은 잠재적인 오염물질 누출 문제를 사전에 식별하고 해결함으로써 통제된 환경이 원하는 수준의 청정도를 유지되도록 할 수 있다.

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Cleanroom Technology에서 원문확인​