전산유체역학 분석을 통한 유체흐름 변화에 따른 연속식탈이온장치 내 이온교환수지의 물질전달 영향 평가

Abstract

고집적화된 반도체 제조에 필수적인 초순수에 대한 중요성이 점차 증가하고 있으나, 현재 초순수 제조에 사용되는 소재, 장비 및 설계 등은 해외, 특히 일본 기술에 의존하고 있어 기술의 국산화가 시급하다. 반도체 제조공정용 초순수 제조설비 가운데 연속식탈이온장치(CEDI)는 교차배열된 선택투과성 이온교환막 사이에 이온교환수지를 충진하여, 직류전원을 인가할 때 수중에 포함된 극미량의 이온성분을 제거하는 초순수 생산의 핵심공정·부품이다. 그러나 CEDI 내 스페이서 구조에 따라 유체흐름이 변하며, 이는 CEDI의 이온제거 성능 등 물질전달현상에 영향을 미친다. 본 연구에서는 전산유체역학 분석에서는 모델링 및 시뮬레이션을 통해 CEDI 내 스페이서 구조에 따른 유체의 동적인 움직임에 대한 수치 분석을 통해, CEDI 내 스페이서 구조에 따른 물질전달현상을 비교평가하여, 최적의 스페이서 구조를 제시하고자 하였다. 또한, 이온교환수지 첨가 전·후의 스페이서 내 구간별 유체의 해석을 진행하여 물질전달에 대한 이온교환수지의 영향 평가를 진행하였다. 본 연구에서 도출한 전산유체역학 기반 최적 스페이서 구조 적용시, 초순수 내의 극미량 이온 성분의 제거성능 향상을 통해 CEDI의 기술 국산화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.