초순수(UPW) 시스템 구조 정리 – 반도체·제약용 수처리 설비

이 글에서는 반도체·제약 플랜트에서 사용하는 UPW(초순수) 시스템의 전체 구조와 각 유닛 기능, 루핑 방식, 설비 사양서 해석법 및 유지보수 기준까지 실무 관점에서 상세히 설명합니다.

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1. 초순수(UPW)란?

초순수(Ultra Pure Water, UPW)는 전기전도도 0.055 μS/cm 이하(이론적 순수 수치) 수준의 물로, 반도체 제조나 바이오 제약 공정에서 세정수, 반응용수, 원재료 용해수로 사용됩니다.

• 용도 예시
  • 반도체: 웨이퍼 세정, 식각 후 헹굼
  • 제약: 주사용수(WFI) 전단 정제수, 배합수

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2. UPW 시스템 전체 구조

UPW 설비는 보통 다음 4단계로 구성됩니다:

UPW 시스템의 전체 흐름도: RO, EDI, UV, 루핑까지의 수처리 공정을 시각화한 도식입니다.

① 전처리 (Pre-treatment Unit)

• 원수 → 활성탄 여과, 모래여과 등
• 주요 설비: 다층여과기(MMF), 활성탄필터, 카트리지 필터

② RO(역삼투) 유닛

• 고압으로 반투막 통과 → 이온·세균 제거
• 고도 정수화 1차 관문
• 필요 시 2단계 RO 적용 (Double-Pass)

③ EDI(전기탈이온) / 혼상이온교환기(MB)

• RO로 제거되지 않은 이온 제거
• RO + EDI = 순수수 생산
• EDI는 지속형, 혼상은 재생 주기 필요

④ 최종 정제 & 루핑 시스템

• UV 산화 (TOC 제거) → UF (0.1 μm 이하) → 루핑 펌프 → 분배
• 루핑(Looping): 일정 유속으로 배관 내 물을 순환 공급하여 정체 방지 및 품질 유지

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3. 루핑 시스템 구성 & 설계 기준

UPW 시스템의 루핑 설계는 전체 수질 품질을 좌우하는 핵심입니다.

항목	설계 기준
순환 유속	1.5~3.0 m/s
배관 재질	SUS 316L / PFA / PVDF 등
용접 방식	오비탈 용접, 100% X-ray 검사
연결방식	TC(트라이클램프), 용접형
Dead leg 길이	≤ 3D (배관 내경 기준)
루핑 압력	일반적으로 1~3 bar

※ 제약 분야는 GMP 기준 적용 → 루핑 내 Drain Point 필수, 자동 밸브 다수 사용

Loop piping system design principles: dead leg minimization and optimal return location

<UPW 루핑 배관 설계 기준표 (Looping Piping Design Criteria)>

항목	기준 내용
순환 속도 (Velocity)	1.5 ~ 3.0 m/s (최소 1.0 m/s 이상) – Biofilm 형성 방지
루프 압력 유지 (Loop Pressure)	1.5 ~ 2.5 bar 유지 – 시스템 백플로우 방지 및 펌프 효율성 확보
배관 경사 (Slope)	1:100 이상 권장 – 배수 및 Drain 시 잔류 방지
용접 방식 (Welding Method)	Orbital TIG 용접 – 내부 Bead 최소화, 위생성 확보
표면 조도 (Surface Roughness)	Ra 0.25 μm 이하 (Electropolishing 적용 시)
재질 (Material)	SUS 316L – 고내식성, 저탄소 (L 등급)
배관 연결 (Connection)	TC (Tri-Clamp) / 용접 조인트 – Clean-in-Place(CIP) 대응 구조
사각 Dead Leg 최소화	Branch 길이 ≤ 3D (배관 지름의 3배 이하)
환류 시간 (Turnover Time)	전체 Loop Volume 기준 3~5분 이내 환류되도록 설계
Loop 방향 (Flow Direction)	One-Way 권장, Return Line은 POU 직후 배치
POU 벨브 위치	루프 상부 또는 하부 직관 상 설치, 배수 고려
살균/세정 주기	정기적 Hot Water / Ozone / UV 세정 – 세균 번식 방지

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4. 설비 사양서 보는 법 (예시)

항목	예시 사양
RO Membrane	4" x 40", Polyamide, 98% 제거율
EDI Module	5 m³/h, Ionpure, ≤ 0.1 μS/cm
UV TOC Lamp	185 nm, 60W, Quartz Housing
UF Membrane	Hollow Fiber, 0.03 μm
루핑 펌프	5 m³/h @ 2 bar, SUS316L

UPW 설비 구성 시 사용되는 사양서 예시 도식입니다.

확인 포인트:

• 재질: 내화학성 여부
• 유량: 최대부하 대비 여유치 포함
• 전도도 모니터링 포인트 위치 확인
• 드레인 라인 구조 및 밸브형식

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5. 유지보수 & Validation 기준

항목	유지보수 주기	검사항목
RO Membrane	6~12개월	투과유량, 제거율
EDI	2~3년	출력전도도, 압력강하
UV Lamp	6개월~1년	TOC 제거율, 램프 강도
UF	6개월	막 압력차, 유량 변화
루핑 배관	연 1회 CIP	바이오버든, TOC

 

• 제약 분야는 PQ, OQ, IQ 문서 및 GMP Validation 필수
• 루핑 배관 세척(CIP, SIP)은 주기적 계획 필요
• 수질 센서 교정 주기 관리도 필수

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결론 – 왜 중요한가?

UPW 시스템은 단순한 정수 설비가 아니라, 공정 품질을 좌우하는 핵심 인프라입니다. 설비 구성 요소의 정확한 이해와 관리 기준 설정은 생산성과 품질을 동시에 확보하는 열쇠입니다.

 

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