가스 필터의 최고 등급은 왜 0.2μm인가? – 필터링 원리

반도체, 제약, 디스플레이 산업에서 가스 필터의 대표적인 최고 등급은 0.2μm로 알려져 있다. 하지만 정말 0.2μm가 최고의 등급일까? 0.1μm 이하의 초미세 필터가 있음에도 불구하고, 왜 대부분의 산업에서 0.2μm 필터가 표준이 되었는지 그 이유를 살펴보자.

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1. 필터링이 작동하는 원리 – 입자의 크기에 따른 차단 방식

가스 필터는 입자 크기에 따라 여러 가지 메커니즘으로 입자를 제거한다. 기본적으로 필터는 입자가 너무 커서 물리적으로 걸리는 방식(체 효과, Sieve Effect) 이외에도, 관성 충돌(Inertial Impaction), 확산(Diffusion), 정전기 흡착(Electrostatic Deposition) 같은 다양한 방법을 통해 입자를 차단한다.

1) 체 효과 (Sieve Effect, 직접 차단) – 1μm 이상의 큰 입자

• 1μm 이상의 큰 입자는 단순히 필터 섬유 사이의 공간을 통과하지 못해 걸러짐.
• 가장 기본적인 필터링 원리이며, 공기청정기나 일반 산업용 필터에서 주로 활용됨.
• 한마디로 미디어의 pore size보다 파티클이 커서 통과하지 못하는 일반적인 필터링

2) 관성 충돌 (Inertial Impaction) – 중간 크기의 입자 (~1μm 이하)

• 기체가 필터 섬유를 통과할 때 무거운 입자는 관성 때문에 직진하려는 성질이 있어 필터 섬유에 충돌하여 제거됨.
• 0.5~1μm 크기의 입자는 이 방식으로 효과적으로 제거됨.

3) 확산 (Diffusion) – 0.2μm 이하의 초미세 입자

• 0.2μm보다 작은 입자는 브라운 운동(Brownian Motion)으로 인해 불규칙한 경로를 이동하며 필터 섬유에 부딪히고 흡착됨.
• 브라운 운동(Brownian motion)은 1827년 스코틀랜드 식물학자 로버트 브라운(Robert Brown)이 발견한, 액체나 기체 속에서 미소입자들이 불규칙하게 운동하는 현상
• 오히려 0.1μm 이하의 초미세 입자는 확산 효과가 커서 쉽게 걸러지는 경향이 있음.

4) 정전기 흡착 (Electrostatic Deposition) – 나노 크기의 입자

• 필터 섬유가 정전기를 띠고 있을 경우, 전하를 띤 초미세 입자가 필터에 끌려와 흡착됨.
• 일부 나노 필터 및 특수 공정에서 사용됨.

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2. MPPS (Most Penetrating Particle Size) – 가장 제거하기 어려운 입자 크기

필터가 가장 제거하기 어려운 입자의 크기는 0.1~0.2μm 수준이다.
이를 MPPS (Most Penetrating Particle Size, 최다 투과 입자 크기) 라고 부른다.

📌 왜 MPPS가 0.1~0.2μm인가?

• 1μm 이상의 큰 입자는 체 효과와 관성 충돌로 쉽게 걸러진다.
• 0.1μm 이하의 초미세 입자는 확산 효과로 인해 필터 내부에서 부딪히면서 제거된다.
• 하지만 0.1~0.2μm 크기의 입자는 확산 효과가 약하고, 관성도 부족해서 필터를 가장 잘 통과할 가능성이 높다.

따라서 가스 필터에서 MPPS를 효과적으로 차단하는 것이 필터의 성능을 결정하는 핵심 요소가 된다.

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3. 왜 0.2μm 필터가 최고 등급으로 쓰이는가?

1) MPPS(0.1~0.2μm)를 효과적으로 차단 가능

• 0.2μm 필터는 MPPS(0.1~0.2μm)까지 차단할 수 있도록 설계됨.
• 0.1μm 이하 필터가 존재하지만, 압력 강하(Pressure Drop) 문제로 산업 적용이 어려움.
• 압력강하란 압력 강하는 유체가 시스템을 통해 흐를 때 발생하는 압력 손실을 말하며, 제곱인치당 파운드( psi), 파스칼(Pa) 및 바(bar)와 같은 단위로 측정되는 시스템의 두 지점 사이의 압력 차이

2) 0.1μm 이하 필터의 비효율성

• 압력 손실 증가: 0.1μm 이하의 필터를 적용하면 가스의 흐름이 방해받고, 필터 내부 압력이 급격히 증가하여 공정 효율이 저하됨.
• 필터 수명 단축: 너무 작은 기공 크기는 필터가 빨리 막히게 되어 유지보수 비용이 증가함.
• 기술적 한계: 초미세 필터의 제조 기술이 발전하고 있지만, 현재의 반도체 및 제약 산업에서는 0.2μm 필터가 비용 대비 최적의 선택이 됨.

3) 반도체 & 제약 업계의 표준

• Entegris, Pall, Mott 등 주요 반도체용 가스 필터 제조사의 고순도 필터 등급을 보면 0.2μm 필터가 가장 일반적으로 사용됨.
• 제약 및 의료 산업에서도 0.2μm 필터가 박테리아 제거용 표준으로 사용됨.
• 특정 연구소나 실험실에서는 0.1μm 이하 필터가 사용되지만, 대량 생산 공정에서는 0.2μm 필터가 업계 표준으로 자리 잡음.

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4. 그렇다면 0.2μm보다 작은 필터는 필요 없을까?

1) 0.1μm 이하 필터의 실제 활용 사례

• 일부 반도체 및 나노 기술 연구에서는 0.1μm 이하의 필터를 사용하기도 한다.
• 특히 극자외선(EUV) 공정이나 차세대 반도체 제조에서는 더 정밀한 필터가 필요할 가능성도 있음.

2) 미래의 가스 필터링 기술 전망

• 필터 소재 기술이 발전하면서 0.1μm 이하 필터도 실용화될 가능성이 있음.
• 하지만 현재로서는 0.2μm 필터가 비용, 성능, 공정 안정성 측면에서 최적화된 선택지로 자리 잡고 있다.

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결론: 0.2μm 필터가 최고 등급으로 불리는 이유

MPPS(0.1~0.2μm)가 가장 차단하기 어려운 입자 크기이기 때문
0.2μm 필터는 MPPS까지 제거할 수 있어 최적의 성능을 제공
0.1μm 이하 필터는 압력 강하, 필터 수명 단축, 비용 증가 문제로 인해 산업 적용이 제한적
반도체, 제약, 디스플레이 업계에서 0.2μm 필터가 표준으로 자리 잡음

 따라서, **"0.2μm가 가스 필터의 최고 등급이다"**라는 말은 기술적 한계 때문이 아니라, 비용 대비 최적화된 선택이기 때문에 맞는 표현이다. 향후 기술 발전에 따라 0.1μm 이하의 필터가 표준이 될 가능성도 있지만, 현재 산업 기준에서는 0.2μm가 최적화된 필터 등급으로 자리 잡고 있다.