클린룸 오염제어 - HEPA/ULPA 필터 종류와 선택 기준

클린룸 오염제어 HEPA/ULPA 필터 종류와 선택 기준 완전 가이드

HEPA 및 ULPA 필터는 클린룸 오염제어 시스템에서 공기 중 입자를 최종적으로 제거하는 핵심 구성 요소다. 필터의 성능은 클린룸 청정도 등급 달성 여부뿐 아니라 공정 품질, 제품 수율, 규제 적합성까지 직접적인 영향을 미친다. 따라서 HEPA/ULPA 필터는 단순한 소모품이 아니라, 공정 특성에 맞춰 전략적으로 선택되어야 할 핵심 설계 요소로 분류된다.

당신의 클린룸에 어떤 필터를 적용할 것인지 선택의 기준과 확신을 이 글을 보시면 세워질 것입니다.

클린룸 오염제어 위한 두 필터간 필터 효율을 참조 그림

1. HEPA/ULPA 필터 정의와 국제 표준 기준

핵심 요약(정의·분류 기준)

• HEPA·ULPA 필터는 ISO 29463 / EN 1822 기준으로 분류
• 평가 기준은 평균 효율이 아닌 MPPS 기준 효율
• 청정도 등급과 직접적인 연관성을 가짐

클린룸 오염제어가 가장 필수적인 HEPA(High Efficiency Particulate Air)와 ULPA(Ultra Low Penetration Air) 필터는 고효율 미립자 제거를 목적으로 개발된 공기 여과 장치다. 국제적으로는 ISO 29463 및 EN 1822 표준에 따라 등급이 정의되며, 필터 성능 평가는 특정 입자 크기에서의 최소 포집 효율을 기준으로 수행된다. 이때 사용되는 핵심 개념이 MPPS(Most Penetrating Particle Size)로, 필터가 가장 취약한 입자 크기를 의미한다.

HEPA 필터는 일반적으로 0.3 μm 입자 기준 99.97% 이상의 포집 효율을 요구하며, ISO 기준으로 H13, H14 등급으로 구분된다. ULPA 필터는 HEPA보다 한 단계 높은 성능을 가지며, 0.12 μm 입자 기준 99.9995% 이상의 효율을 요구받고 U15~U17 등급으로 세분된다. 이러한 기준은 클린룸이 최악의 조건에서도 청정도를 유지하도록 하기 위한 보수적 설계 논리에 기반한다.

2. HEPA와 ULPA 필터 구조적 차이와 여과 메커니즘

구조·성능 차이 요약

• ULPA는 HEPA 대비 섬유 밀도↑, 여과 저항↑
• 초미세 입자 포집 능력은 ULPA가 우수
• 대신 차압 상승 및 에너지 부담 증가

HEPA와 ULPA 필터는 모두 미세 유리섬유를 주름(Pleat) 형태로 배열해 여과 면적을 극대화한 구조를 가진다. 그러나 ULPA 필터는 HEPA보다 섬유 직경이 더 가늘고 밀도가 높아 초미세 입자 제거 성능이 뛰어나다. 이로 인해 동일 풍량 조건에서도 ULPA 필터는 HEPA보다 초기 차압이 높고, 사용 기간에 따른 차압 상승 속도도 빠른 편이다.

여과 메커니즘은 관성 충돌, 차단 효과, 확산 효과가 복합적으로 작용한다. 1 μm 이상의 입자는 주로 관성 충돌과 차단 효과로 제거되며, 0.1~0.3 μm 영역에서는 브라운 운동에 의한 확산 효과가 지배적이다. ULPA 필터는 이 확산 영역에서의 포집 효율을 극대화하도록 설계되어 반도체 미세 패턴 공정과 같은 고감도 공정에 적합하다.

3. 산업별 HEPA/ULPA 필터 적용 기준

산업별 선택 기준 요약

• 반도체·디스플레이: ULPA 필수
• 바이오·제약 GMP: HEPA 중심 + 규제 적합성
• 일반 산업: HEPA로 충분한 경우 다수

HEPA와 ULPA 필터의 선택은 산업 특성과 공정 민감도에 따라 달라진다. 반도체 및 디스플레이 산업에서는 0.1 μm 이하 입자가 회로 결함, 수율 저하로 직결되므로 ULPA 필터 적용이 일반적이다. 이러한 공정에서는 과도한 성능보다도 클린룸 오염제어에는 초미세 입자 제어가 핵심 요구사항이 된다.

반면 바이오·제약 GMP 클린룸에서는 입자 관리와 더불어 미생물 오염 제어가 중요하며, ISO Class 5~7 수준에서 H13~H14 HEPA 필터가 주로 사용된다. 이 경우 필터 성능뿐 아니라 시험 성적서, 인증서, 추적성 문서 확보 여부가 규제 적합성의 핵심 요소로 작용한다. 의료기기, 배터리, 정밀조립 산업에서는 에너지 효율과 유지관리성을 고려해 HEPA 필터가 선호된다.

4. HEPA/ULPA 필터 선택 시 엔지니어링 검토 항목

선정 시 필수 검토 요소

• 목표 청정도 등급
• 풍량 대비 차압 증가율
• 설치 위치(FFU / AHU 말단)
• 누설 시험 가능성
• 유지관리 접근성

필터 선택 시에는 단순히 효율 수치만 비교해서는 안 된다. 동일한 청정도 등급을 만족하더라도 공조 시스템 여유 용량, 팬 성능, 에너지 소비량에 따라 운영 안정성은 크게 달라진다. 특히 클린룸 오염제어 ULPA 필터 적용 시에는 차압 증가에 따른 풍량 저하와 팬 부하 증가를 반드시 고려해야 한다.

GMP 환경에서는 필터 자체 성능 외에도 무결성 시험 가능 여부, 설치 후 누설 시험 수행 용이성, 문서 관리 체계까지 함께 검토해야 한다. 이러한 요소가 반영되지 않으면 청정도는 만족하더라도 규제 부적합 판정을 받을 위험이 존재한다.

5. HEPA/ULPA 필터 등급 비교 표

클린룸 오염제어 필수적인 HEPA 필터 VS ULPA 필터의 등급 비교

구분	HEPA 필터	ULPA 필터
적용 표준	ISO 29463 / EN 1822	ISO 29463 / EN 1822
대표 등급	H13, H14	U15~U17
기준 입자 크기	약 0.3 μm	약 0.12 μm
최소 포집 효율	≥99.97%	≥99.9995%
차압 특성	상대적으로 낮음	상대적으로 높음
주요 적용 산업	바이오, 제약, 의료기기	반도체, 디스플레이

6. HEPA/ULPA 필터 선택 기준

HEPA vs. ULPA 선택 기준 (핵심 5가지)

클린룸 오염제어에 요구되는 청정도와 공정 위험도가 높을수록 ULPA를 사용하고,
운영 비용·압력 부담이 크면 HEPA를 선택하는 것이 원칙입니다.

• HEPA: 일반/고청정 제조에 표준적용 (효율 ≥99.97%@0.3µm)
• ULPA: 극고청정 또는 무균·나노 공정 (효율 ≥99.999%@0.1µm)

1. 요구 청정도(Class)

• ISO 5 이상(더 깨끗) → ULPA 고려
• ISO 6~8 → 일반적으로 HEPA로 충분
• 무균 충전·세포 배양 등 미세 오염에 민감한 공정 → ULPA 선호

2. 입자 크기 및 공정 특성

• 주요 오염원이 ≥0.3 µm 중심 → HEPA 충분
• 나노·서브마이크론(<0.1 µm) 제거 필요 → ULPA 선택
  (반도체, 바이오 에어로졸 민감 공정)

3. 압력 손실 및 에너지 부담

• ULPA는 필터 저항이 높음 → 팬 용량 증가/운영 비용 상승
• 실내 공조 부하가 크면 HEPA 우선

4. 유지관리 및 교체 주기

• ULPA는 수명 짧고 비용 높음
• 중·장기 운영성과를 고려해 적정 등급 선택 필요

5. 규제 및 고객 요구

• GMP/ISO 14644/공정별 가이드 요구사항
• 고객 품질 기준 또는 프로젝트 URS에 명시된 경우 ULPA 사용

6. HEPA/ULPA 필터 선택 기준 종합 정리

HEPA와 ULPA 필터는 클린룸 오염제어 시스템의 최종 방어선으로, 공정 특성·운영 조건·규제 요구사항을 종합적으로 고려해 선택해야 한다. 무조건적인 고사양 적용은 에너지 비용과 유지관리 부담을 증가시킬 수 있으며, 반대로 성능 부족은 청정도 미달과 품질 문제로 이어진다. 따라서 필터 선택은 “최고 성능”이 아니라 “공정에 최적화된 성능”을 기준으로 이루어져야 한다.