ULPA 필터: U15, U16, U17은 언제 사용하며 HEPA와 무엇이 다른가?

HEPA가 산업용 공기 여과의 "황금 표준"이라면, ULPA는 한 단계 위의 등급입니다 - 반도체 칩 제조, HDD 생산, BSL-3 미생물 연구실, GMP-WHO A등급 무균 조제실 등 가장 까다로운 환경을 위한 초미세 입자 필터입니다. ULPA는 어떻게 작동하며 HEPA 대신 ULPA를 선택해야 하는 경계선은 어디일까요?

1. ULPA 필터란?

ULPA는 Ultra-Low Penetration Air filter의 약자 - 극저 침투 공기 필터입니다. ULPA 1대는 120 나노미터(0.12 µm) 이상의 분진, 꽃가루, 곰팡이, 박테리아 및 공기 중 모든 입자의 최소 99.999% 즉 "초미세 입자(ultrafine particles)"를 제거할 수 있습니다.

ULPA는 처리가 매우 어려운 종류의 연기도 거의 절대치에 가깝게(100%는 아님) 제거합니다: 오일 흄, 담배 연기, 송진 연기, 분진 연기, 농약 분진 및 일부 매연. 그래서 ULPA는 외부 환경과 청정 제품/작업 구역 사이의 "최후의 성벽"이라 불립니다.

2. 작동 원리 - HEPA와 같은 계열

구조 측면에서 ULPA와 HEPA는 같은 계열입니다: 둘 다 극도로 높은 밀도로 무작위 배열된 유리섬유 / 합성섬유 격자입니다. 차이점은 섬유 직경이 더 작고, 섬유 밀도가 더 높으며, 여과 표면이 더 크다는 것이며, 이로써 입자 포집 확률이 수배 증가합니다.

ULPA는 4가지 메커니즘으로 입자를 포집합니다:

• 체질(Sieving) — 섬유 간격보다 큰 입자는 체로 거르듯 차단.
• 브라운 확산(Diffusion) — 0.1 µm 미만 극소 입자에 효과적.
• 관성 충돌(Impaction) — 관성이 큰 입자는 방향을 바꾸지 못해 섬유에 충돌.
• 차단(Interception) — 섬유에 근접 통과하는 입자가 직접 접촉으로 "안기듯" 포집.

입자 포집 능력이 훨씬 높기 때문에 ULPA는 동일 면적에서 HEPA보다 압력 손실이 큽니다. 이를 보완하기 위해 ULPA는 보통 두꺼운 미니플리트 형태로 제작되어 기존 HEPA 박스 대비 표면적을 2-3배 증가시킵니다.

3. EN 1822-1:2009에 따른 ULPA 분류

ULPA는 3가지 주요 등급으로 분류됩니다:

등급	전체 효율(%/MPPS)	국부 효율(%/MPPS)	전체 누출 입자(%)	국부 누출 입자(%)
U15	≥ 99.9995	99.9975	0.0005	0.0025
U16	≥ 99.99995	99.99975	0.00005	0.00025
U17	≥ 99.999995	99.9999	0.000005	0.0001

빠른 비교: HEPA H14는 0.005% 입자 통과를 허용하는 반면 U17은 0.000005%만 허용합니다 - 즉 1,000배 더 청정. 이는 반도체 웨이퍼, 3.5인치 HDD, mRNA 백신과 같은 고부가가치 제품에 사활을 가르는 차이입니다.

4. 클린룸 등급에 따른 ULPA 선택

클린룸 Class별 ULPA 선택 규칙:

• Class 1,000-100 클린룸(GMP A & B등급) → ULPA U15 선택. 제약 무균 조제 구역, 생물 제품 생산, 정밀 메카트로닉스 부품 조립에 필수.
• Class 1-10 클린룸 → ULPA U17 선택. 나노 반도체 fab(28nm 이하), HDD 공장, 우주·광학 클린룸에 적용되는 최고 등급.

실제로 ULPA는 단독으로 사용되는 경우가 드물며 - 굵은 분진 부하로부터 ULPA를 보호하고 수명을 연장하며 압력 손실을 최적화하기 위해 항상 프리 필터 → 미디엄 필터 → HEPA H14 → ULPA의 완전한 필터 체인이 필요합니다.

5. ULPA는 HEPA와 어떤 점이 다른가?

항목	HEPA (H13-H14)	ULPA (U15-U17)
MPPS 효율	99.95-99.995%	99.9995-99.999995%
표준 측정 MPPS	0.3 µm	0.12 µm
초기 압력 손실(Pa)	200-250	250-600
평균 수명	3-5년	5-10년(매우 청정한 환경에서 사용되므로)
가격	중간	동일 크기 HEPA의 1.5-3배 비쌈
대표 응용	GMP C-D, 병원, 클린룸 AHU	GMP A-B, 반도체 fab, HDD, 백신

요약하면: HEPA냐 ULPA냐는 좋고 나쁨의 문제가 아닌 올바른 등급 vs 잘못된 등급의 문제입니다. 일반 의약품 포장실에 ULPA를 설치하는 것은 낭비지만, 7nm 칩 fab에 HEPA를 설치하는 것은 제품 불량입니다.

6. ULPA 필터의 대표적 응용

• 반도체 생산 및 EUV 광리소그래피 - 0.1 µm 미만 입자를 절대적으로 관리해야 하는 환경.
• HDD/SSD 및 광학 픽업 생산 - 픽업 헤드의 0.3 µm 입자 하나도 디스크를 파괴할 수 있음.
• 백신, 생물 의약품 공장 - A등급 무균 조제 및 충진 구역.
• BSL-3 / BSL-4 미생물 연구실 - 위험 병원체 확산 관리.
• 나노 의학 및 줄기세포 - Class 100을 요구하는 배양 환경.

7. ULPA의 보편적 구조와 구매 시 유의사항

• 프레임: 아노다이즈 알루미늄 또는 SUS 304(VHP / H₂O₂ 살균 구역).
• 기밀 개스킷: FFU/플레넘 설계에 따라 젤 또는 네오프렌.
• 초박형 미니플리트: 핫멜트 알루미늄 세퍼레이터 또는 스레드 스페이서.
• 공장 누설 시험: 출하 100% ULPA에 대해 cm² 단위 표면 측정의 스캔 시험(PSL 또는 PAO) 인증서 필수.
• 보관 및 운송: ULPA는 매우 민감 - 압착 금지, 뒤집기 금지, 방습 포장 박스로 운송.

결론

ULPA 필터는 현재 가장 고급 필터 등급으로, Class 1,000 이하 클린룸과 특히 반도체, 바이오 의약품, HDD, 첨단 의학 분야의 Class 1-100 클린룸에 필수입니다. ULPA를 효과적으로 활용하려면 프리 → 미디엄 → HEPA → ULPA 필터 체인을 완전히 설계하고, 클린룸 Class에 맞는 U15-U17 등급을 정확히 선택하며, 체계적인 검증-교체 프로그램을 갖춰야 합니다.

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Green Filter 소개

Green Filter는 PAO 스캔 시험 인증서와 함께 EN 1822-1:2009 표준의 ULPA U15 / U16 / U17을 패널, 박스, FFU용 미니플리트 형태로 공급합니다. Green Filter 기술팀은 전국의 반도체, GMP-WHO 제약, 병원 공장 컨설팅 경험을 보유하고 있습니다.

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