📑 목차
1. 사람과 설비는 왜 정전기의 주요 발생원인가
정전기는 일상적으로 피부에 느껴지는 가벼운 충격이나 작은 소리에 불과하지만, 산업 생산 현장에서는 공정을 위협하는 보이지 않는 오염 트리거다. 특히 사람과 설비는 클린룸 오염제어 관점에서 가장 지속적이고 통제하기 어려운 정전기 발생원으로 분류된다. 사람은 걷기만 해도 의복 섬유와 몸 표면 사이에서 마찰이 발생하며 수백에서 수천 볼트의 전위가 쌓일 수 있다. 설비는 소재와 기계 운동 특성상 정전기를 지속적으로 축적하며 방전한다. 정전기가 문제가 되는 이유는 크게 두 가지다. 전하 그 자체는 눈에 보이지 않지만 끌어당길 대상(파티클)이 있는 순간 오염이 실체화된다. 그리고 방전이 일어나면 고정돼 있던 입자를 떨어뜨리거나 공정 중 제품 표면에 입자를 붙여 불량으로 이어지는 결과를 만든다.
클린룸 환경은 오히려 정전기 발생을 키운다. 역설적이지만 저습도 유지, 합성 원단 의복 착용, 대량 송풍 기반의 공조 유지 등은 정전기 발생 조건을 모두 만족시킨다. 따라서 많은 제조 현장에서 오염의 출발 지점은 사람이 아니다, 설비도 아니다, 바로 “정전기”라고 정의한다. 사람과 설비는 단지 그 정전기를 발생시키는 물리적 매체일 뿐이다. 이 때문에 정전기 축적 모델을 이해하고 제어하는 것은 클린룸 오염제어 전략의 근간이며, 공기 중 입자를 줄이기 위한 필터 효율 개선보다 더 강력한 결과를 가져올 때가 많다.
2. 사람에서 발생하는 정전기와 그 영향
인체는 의식하지 못하지만 공정 공간에서 끊임없이 대전된다. 사람의 피부는 건조한 환경일수록 절연 특성이 강해지고, 실험복이나 방진복의 섬유 배열은 전하를 표면에 유지시킨다. 공조기에서 나오는 난류형 기류는 의복과 체표면에서 전하를 분리시키며 대전을 가속한다. 이런 복합 조건에서 사람 한 명이 단순 이동만으로도 수천~수만 볼트의 전위를 만들어낼 수 있다. 대전된 인체는 파티클을 직접 만들어내지는 않지만, 정전기로 인해 오염 입자의 이동 경로를 바꾸거나 공정 건물 어느 지점에 있는 먼지를 끌어와 부착시키는 역할을 한다. 클린룸 오염제어에서 사람을 가장 위험한 대전체로 분류하는 이유가 여기에 있다.
또한 인체가 정전기를 방출하는 순간이 더 큰 문제다. 눈에 보이지 않는 미세한 방전이라도 표면에 붙어 있던 입자를 튕겨내 공기 중에 다시 띄우며, 공정 가까이에서 이 현상이 일어나면 제품 표면에 그대로 입자가 달라붙는다. 움직임이 많은 작업자는 유입-작업-설비접촉-이탈이라는 과정에서 수십 번의 마찰과 방전을 반복한다. 특히 작업자의 동선이 중심 공정과 보관 구역을 잇는 구조일 때, 한 사람의 전하 축적과 방전이 클린룸 전체 오염 확산의 기폭제가 된다. 정전기를 고려하지 않으면 파티클 검출 수가 상승하는 원인을 찾지 못한 채 반복적인 청소나 필터 교환만 시도하는 오류가 발생한다. 따라서 사람 중심 정전기 관리는 단일 장비나 절차가 아닌 전체 운영 철학의 문제이며, 결과적으로 클린룸 오염제어를 안정적으로 유지하기 위한 가장 기본적이면서도 어렵고 중요한 조건이다.
3. 설비가 만드는 정전기와 그 위험성
설비는 사람보다 정전기 발생량 면에서는 더 강력한 원천이며, 더 지속적으로 대전된 상태를 유지한다. 회전축, 슬라이딩 구조, 롤-투-롤 장치, 이송 트랙, 로봇 핸들러, 기류 가압 노즐 등 움직이는 모든 기계 부품은 접촉과 분리라는 정전기 생성 조건을 끊임없이 반복한다. 특히 필름, 웨이퍼, 기판 등 절연성이 높은 재료를 반복적으로 취급하는 공정에서는 단 1시간 가동만으로도 수kV 이상의 전위 차를 형성할 수 있다. 이런 정전기 축적은 특정 표면에 입자를 끌어당기고, 어느 순간 방전이 발생하면 설비 내부의 갭이나 모서리에 붙어 있던 오염물이 탈락하면서 다시 공정 영역으로 돌아온다. 이 결과는 클린룸 오염제어 실패로 직결되며, 장비가 조용히 오염을 축적하고 나중에 폭발적으로 손실을 만드는 형태로 나타난다.
설비 문제의 핵심은 지속성과 확산성이다. 작업자는 교대 시간이 끝나면 퇴근하지만 장비는 쉬지 않고 움직인다. 설비에서 정전기가 시작되면, 기류가 오염을 전체 공간으로 끌고 가고, 스태틱 포켓(전기적으로 입자가 모이는 공간)이 생성되며, 장비 주변 공정의 오염지도를 근본적으로 바꿔버린다. 또한 설비는 내부 표면 구조가 복잡해 오염 축적을 관측하기 어렵다. 이때 정전기 발생 원인을 무시하면 오염 증가의 원인을 필터 성능 저하나 조도 부족 같은 엉뚱한 곳에서 찾게 된다. 결국 장비의 정전기 관리는 단순히 부품을 바꾸거나 이온풍을 공급하는 차원을 넘어, 설비 설계-운영-점검-보수라는 전체 생애주기에 정전기 철학을 포함시키는 것이 클린룸 오염제어의 핵심이 된다.
정전기를 알고는 있으나 그 위험성에 있어서는 간과되고 있는 실정이다. 산업계에서는 정전기 위험성 때문에 갈수록 정전기 기술, 제어가 필요 한 전문인력 육성이 필요하다라고 필자는 어딜가나 제안한다.
4. 인체 정전기 관리 방법
인체 정전기 제어는 대전 억제, 축적 방지, 방출 통제라는 세 원리가 동시에 작동해야 한다. 작업복은 단순한 보호복이 아니라 전하 확산 기능을 수행하는 도전성 섬유 복합 구조물이다. 올바른 방진복은 표면 전하를 한 점에 축적시키지 않고 전체적으로 확산시켜 방전 임계체로 발생하는 변수를 최소화한다. 그러나 방진복만으로는 충분하지 않다. 신체가 축적하는 전하가 지속적으로 소산되어야 하며, 이를 위해 바닥 시스템, 장화, 접지 매트, 손목 접지 등 상세한 접지 경로가 필요하다. 현대 클린룸은 출입구마다 접지 확인 장비를 배치하여 사람의 몸과 착용 장비의 도전성이 기준에 적합한지 자동 판정한다. 그 판단이 불합격하면 출입 자체가 제한된다.
행동 통제는 정전기 관리에서 종종 과소평가되지만, 실제로 가장 효과적인 관리 요소 중 하나다. 빠른 이동, 불필요한 부품 접촉, 바닥 끌림이나 무리한 몸 움직임은 전하 발생률을 기하급수적으로 증가시킨다. 심지어 몸을 비틀거나 갑작스럽게 자세를 바꾸는 도중에 미세 방전이 발생해 오염을 재확산시키는 경우도 보고된다. 이 때문에 교육 프로그램에는 정전기 생성 행동을 피하는 수행 규칙이 포함되며, 그 준수 여부가 곧 클린룸 오염제어의 품질을 결정한다. 인체 정전기 관리는 장비·소재·습도·동작을 하나의 패키지로 운영할 때 비로소 맞물린다.
5. 설비 정전기 관리 방법
설비 정전기 관리는 부분 조치가 아닌 구조적 접근을 요구한다. 소재 선택은 근본적이지만 현실적으로 가장 어려운 조치다. 모든 부품을 금속으로 대체할 수 없기 때문에, 도전성 고분자, 카본 필러 내장 플라스틱 등, 정전기 축적이 덜한 재료로 대체해 대전량을 낮추는 전략이 쓰인다. 접지 설계는 설비별로 개별 구축하는 것이 아니라, 공정 라인 전체를 하나의 전위 레벨로 묶는 개념이 핵심이다. 장비 프레임-기판 홀더-컨베이어 레일-작업 지그 등 모든 금속 부품이 공통 접지망에 엮여야 전위 차가 발생하지 않는다.
또한 이온화 장치는 공정별 특성에 따라 다양하게 배치되며, 이온 밸런스 유지가 매우 중요하다. 이온 공급량이 기울어지는 순간 오히려 대전을 돕는 역효과가 나타날 수 있기 때문이다. 공조기와 연동한 습도 제어도 필요하다. 공기가 너무 건조하면 정전기 발생이 폭증하고, 너무 습하면 오히려 응결과 미생물 리스크가 발생할 수 있어 균형이 핵심이다. 설비 정전기 관리를 위해서는 실시간 측정과 트렌드 분석이 중요하다. 전위 변화 기록이나 이온 불균형 데이터는 미래 오염 급증의 전조가 되므로, 이를 활용해 사전 유지보수 계획을 세우는 것이 클린룸 오염제어 운영 성숙도의 지표가 된다.
6. 사람과 설비를 아우르는 통합 제어가 답이다
정전기 오염관리는 ‘누구 탓을 할 것인가’가 아니라 ‘전체를 어떻게 묶어 해결할 것인가’의 문제다. 사람만 잘 관리하고 설비가 무방비면 오염은 반복된다. 설비만 정비하고 교육을 소홀히 하면 생산 공간은 다시 대전된다. HVAC가 이상적이어도 접지망에 간극이 있으면 정전기는 빠르게 축적된다. 즉, 클린룸 오염제어는 개별 요소의 문제 해결이 아니라 전체 시스템의 정합을 요구한다. 정전기는 눈에 보이지 않기 때문에 과소평가되기 쉽지만, 입자 생성을 유도하고 확산을 가속하며 불량을 폭발적으로 증가시키는 특성 때문에 불활성적이면서도 결과는 치명적인 오염 인자로 간주된다.
따라서 가장 본질적인 전략은 “정전기를 발생시키지 않고, 축적시키지 않고, 방전하지 않도록 하며, 발생 시 즉시 소산시키는” 것이다. 사람, 설비, 소재, 공조, 점검 체계, 행동 규범이 서로 단절되지 않고 연결될 때 비로소 정전기는 통제 가능한 수준으로 줄어든다. 클린룸 청정도 유지의 진짜 핵심은 필터가 아니라, 정전기 흐름을 예측하고 끊는 운영 철학에 있다. 이것이 바로 오늘날 모든 산업 분야가 정전기 관리율을 품질 관리 항목이 아니라 생존 요건으로 다루는 이유다.