PTFE 라이닝 설계 완전 해설 – 반도체 케미컬 탱크 실무 기준으로 본 구조, 시공, 리스크까지

1. 반도체 공정 케미컬 탱크에 왜 PTFE 라이닝을 쓰는가

반도체용 케미컬 탱크에는 불산(HF), 과산화수소(H2O2), 황산(H2SO4), 암모니아수 등 강한 부식성을 가진 고순도 화학물이 저장된다. 이러한 케미컬은 스테인리스조차 장기적으로 부식시키기 때문에, 탱크 내부에는 반드시 내식성 재질의 PTFE 시트 라이닝이 적용된다.

• 주 용도: CMP 폐액 저장탱크, 슬러리 탱크, 에칭 케미컬 저장라인 등
• 설계 조건 예시:
  • 설계압력: ATM
  • 설계온도: 60℃ 이하 (열팽창 고려)
  • 유체: 강산계, 불소계, 산화제 계열

2. 구조 해설 – 단면도 기반 실제 라이닝 구조 설명

PTFE 탱크의 라이닝이 적용된 단면도이다

내부 단면 구성

• Base Material (Backup Steel): SS400 또는 SUS304, 일반적으로 6~9T
• Lining Material: PTFE 시트 (두께 3mm 기준, Thermoforming 방식)
• 라이닝 부착 방식: 본딩(Adhesive) + 열성형 → Welding Seam 처리

노즐부 구조

• 노즐은 PTFE 시트가 적용되지 않기 때문에, Bellows 또는 Expansion Joint 구조가 필수
• 벨로우즈 내부까지 PTFE Liner가 연속되도록 설계
• Bellows 외벽은 SUS304, 내부는 PTFE Liner 일체화
• PTFE 시트는 용기 내부를 연속적으로 감싸고 있으며, 노즐부 벨로우즈 구조로 열팽창과 위치 오차를 흡수한다.

3. 시공 방식 – Thermoforming vs Paste Lining 비교

Thermoforming은 압착 성형과 용접이 필요한 고강도 방식, Paste Lining은 복잡한 형상 대응에 유리한 시공법이다.

항목	Thermoforming 방식	Paste 방식
시트 두께	2~4mm 가능	1~2mm 제한
시공성	우수 (자동화 가능)	복잡, 수작업 많음
부착력	우수	약함 (탈리 위험 높음)
적합 공정	반도체, 정밀화학	일반 화학, 정수장

※ 반도체 산업에는 Thermoforming 방식이 표준으로 적용됨

시공 방식 상세 설명

1. Thermoforming 방식 (열성형 시트 부착)

개념:
열가소성 PTFE 시트를 탱크 내벽 형상에 맞게 열을 가해 성형한 후,
접착 또는 용접(Butt-weld)으로 연결하여 전체 라이닝을 완성하는 방식

시공 절차:

1. PTFE 시트를 절단 및 프리포밍
2. 오븐 가열 (약 360~380℃)
3. 탱크 내벽에 압착 성형 (진공 성형 가능)
4. 이음부는 고주파 또는 핫 바 용접으로 Seam 처리
5. Spark Test로 절연 상태 검사

특징:

• 내벽이 비교적 단순한 구조에 적합
• 기계적 강도, 밀착성 우수
• 반도체, 제약, 정밀화학 플랜트에 표준으로 사용
• PTFE 시트는 일반적으로 2~4mm 사용됨

장점:

• Seam 용접으로 내화학성 우수
• 미관 우수 (고정밀 시공 가능)
• 수명 길고 유지보수 용이

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2. Paste Lining 방식 (PTFE 페이스트 도포 및 소결 경화)

개념:
PTFE 수지 분말에 용제를 혼합한 **페이스트(도포재)**를 탱크 내벽에 붓칠하거나 분사한 뒤,
고온에서 소결(Sintering) 처리하여 경화시키는 방식

시공 절차:

1. 표면 처리 (그릿 블라스팅, 앵커 패턴 확보)
2. 프라이머 도포 (접착력 향상)
3. PTFE 페이스트 도포 (롤러 or 분무 방식)
4. 오븐에서 소결 경화 (350℃ 이상)
5. 층당 0.20.5mm, 다층 반복 (최대 11.5mm)

특징:

• 복잡한 형상 (코너, 배관 내부 등)에 유리
• 기계적 강도는 떨어지며, 탈리 가능성 있음
• 대형 탱크보단 중소형 복잡 형상 부위에 적합

장점:

• 형상 제약이 적어 설계 자유도 높음
• 용접 Seam이 없어 내부 응력 없음
• 저가 시공 가능 (단, 숙련도 크게 영향)

4. 설계 시 주요 고려사항

PTFE 라이닝 설계 시 열팽창, 이음부 응력 분산, 배수 경사 확보, 비파괴 검사 항목을 반드시 고려해야 한다.

• 열팽창 계수: PTFE는 탄소강 대비 열팽창률이 매우 높음 → 벨로우즈나 플로팅 구조 필요
• Welding Seam 위치: PTFE 시트 이음부는 응력이 집중되지 않도록 곡면부 회피 배치
• Drainability: 바닥부 곡률 및 경사 확보
• 비파괴 검사: Spark Test (전기적 절연 결함 확인), Leak Test (Water/Helium)

5. 비용, 수명, 리스크 관리

항목	수치/사례
PTFE 시트 단가	약 25만원/m^2 (3T 기준, 수입재)
수명	평균 7~10년 (공정에 따라 다름)
주요 리스크	시트 탈리, welding seam 손상, 벨로우즈 누설
보수 가능성	일부 부위 가능, Seam 재용접 또는 부분 교체

6. 경쟁 대안 소재와 비교

항목	PTFE	고무	유리	FRP
내식성	최고	중	우수	보통
시공난이도	중	중	높음	낮음
내열성	우수	약함	약함	보통
단가	높음	낮음	중간	낮음
반도체 공정 적합성	매우 우수	미적합	취성 이슈	미적합

7. 결론 – 반도체 공정용 압력용기 라이닝 설계 전략

반도체용 케미컬 저장탱크에 PTFE 라이닝을 적용하는 이유는 명확하다. 고순도 화학물의 부식성 + 청정성 요구 + 고가 장비 보호 필요성 때문이다.

설계자는 단순히 "내식재 사용"에 그치지 않고, 열팽창 대응 구조, 노즐부 설계, 시공 가능성, 유지보수성까지 전체 수명주기 관점에서 라이닝을 계획해야 한다.

 

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