Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering . 2015 . Oct , 25 ( 10 ) : 685 - 691 
 DOI : http : / / dx . doi . org / 10 . 5050 / KSNVE . 2015 . 25 . 10 . 685 
 정우 , 손 
 승 민 , 홍 
 승복 , 최 
 Member , Department of Mechanical Design Engineering , Kumoh National Institute of Technology 
 R & D Center , PROTEC Inc . 
 Member , Department of Mechanical Engineering , Inha University 
 2 . 압 전 젯 팅 디 스펜서 
 디스 펜싱 시스템 은 화학제품 , 접착제 , 페인트 등 여러 가지 형태 의 액체 또는 용액 을 효과 적 으로 토출 시키 기 위하 여 다양 한 산업 현장 에서 활용 되 고 있 는 장치 이 다 . 특히 최근 에 는 반도체 패 키 징 공정 과 LED 형광체 도포 공정 등 에서 핵심 장비 로 사용 되 고 있 으며 . 반도체 칩 크기 의 소형 화 와 LED 공정 의 고 직접 화 등 에 따라 정밀 한 작업 을 수행 할 수 있 는 디스 펜싱 시스템 에 대한 관심 도 증가 하 고 있 다 ( 1 ~ 3 ) . 
 이러 한 디스 펜싱 시스템 에서 디 스펜서 는 액체 또는 용액 을 미세 하 고 정확 한 양 을 반복 적 으로 토출 하 기 위해 가장 중요 한 부분 이 다 . 작동 방식 에 따라 압축 공기 를 이용 한 단순 한 방식 , 모터 등 을 이용 한 양변 위 방식 , 압 전작 동기 등 을 이용한 젯 팅 방식 으로 분류 할 수 있 다 . 압축 공기 를 이용 한 방식 은 압축 공기 의 크기 와 시간 에 따라 토출 되 는 양 이 결정 되 는 단순 한 구조 를 가지 지만 , 용액 의 특성 에 따라 토출 특성 이 크 게 바뀌 는 단점 이 있 다 . 양 변위 방식 은 피스톤 의 이 동량 에 따라 토출 량 이 결정 되 는 형태 로 토출 량 이 큰 경우 에 는 용액 의 특성 에 의한 영향 이 크 지 않 으나 토출 량 이 작 을 경우 에 는 용액 의 특성 에 영향 을 받 게 되 어 미세 정량 토출 에 는 적합 하 지 않 다 . 젯 팅 방식 은 지속 적 으로 미세 한 양 을 토출 하 는 데 적합 한 방식 으로 최근 많이 사용 되 고 있 으나 용액 의 점성 이 토출 성능 에 영향 을 미치 게 되 어 고점 도 용액 의 토출 이 어려운 단점 이 있 다 . 
 Chen 과 Kai 는 모터 를 이용한 양 변위 디스 펜싱 과정 에 대한 모델 을 제안 하 고 , 제안 된 모델 을 이용 하 여 유체 의 부피 , 니 들 의 온도 등 여러 인자 들 이 디스 펜싱 성능 에 미치 는 영향 을 파악 하 였 다 ( 4 ) . Nguyen 등 은 양 변위 디 스펜서 와 압 전작 동기 기반 의 젯 팅 디 스펜서 의 장점 을 결합 한 하이브리드 형태 를 제안 하 였 다 ( 5 ) . 내부 유체 에 대한 모델링 을 수행 하 였 고 , 변위 확대 기구 의 최적 설계 를 수행 하 였 다 . Choi 등 은 stack 형태 의 압 전작 동기 를 기반 으로 한 젯 팅 디 스펜서 를 제안 하 였 다 ( 6 ) . 집중 매개변수 를 이용 하 여 유압식 변위 확대 기구 와 내부 유체 의 통합 모델 을 제안 하 였 고 , 토출 성능 을 시뮬레이션 을 통하 여 평가 하 였 다 . Yoon 등 은 저점 도 용액 의 직접 토출 을 위한 압 전 작 동기 기반 의 젯 팅 디 스펜서 를 제안 하 였 다 ( 7 ) . 별도 의 변위 확대 기구 를 적용 하 지 않 고 , 저점 도 용액 을 직접 토출 하 는 방식 을 제안 하 였으며 , 집중 매개 변수 기법 을 적용 하 여 작 동기 와 유체 의 모델 을 구성 하 였 다 . Luo 와 Deng 은 젯 팅 디 스펜서 응용 을 위한 두 개 의 압 전 스택 작 동기 모델 을 제안 하 고 성능 을 컴퓨터 시뮬레이션 을 통하 여 평가 하 였 다 ( 8 ) . Jeon 등 은 두 개 의 stack 형태 의 압 전작 동기 를 이용 한 새로운 형태 의 젯 팅 디 스펜서 를 제안 하 고 실험 을 통하 여 토출 성능 을 평가 하 였 다 ( 9 ) . 두 개 의 압 전작 동기 와 변위 확대 기구 를 포함 하 는 구동 부 와 니 들 을 포함 하 는 전체 시스템 을 설계 하 고 유한 요소 해석 을 통해 구조 해석 을 수행 하 였 다 . 실제 제작 된 디 스펜서 를 이용 하 여 응답 특성 과 토출 특성 을 평가 하 였 다 . 기존 의 연구 에서 는 압 전 젯 팅 디 스펜서 를 제안 하 고 입력 전압 에 따른 토출 성능 을 예측 하 거나 평가 하 였 다 . 그러나 실제 젯 팅 디 스펜서 의 토출 성능 에 는 여러 가지 작동 환경 과 다양 한 인자 들 이 영향 을 미칠 수 있 으며 , 이러 한 인자 들 을 모두 고려 한 토출 성능 평가 는 이루어지 지 않 고 있 다 . 
 이 연구 에서 는 압 전작 동기 를 적용 한 젯 팅 디 스펜서 의 성능 에 영향 을 주 는 작동 인자 들 에 대한 실험 적 분석 을 수행 하 였 다 . 압 전작 동기 를 이용한 젯 팅 디 스펜서 의 작동 원리 를 소개 하 고 , 성능 평가 를 위한 실험 장치 를 구성 하 였 다 . 디 스펜서 의 성능 에 영향 을 주 는 8 개 의 인자 를 선정 하 고 , 각 인자 는 2 개 의 수준 을 가진다고 가정 하 였 다 . 전체 실험 의 수 가 256 개 로 모든 실험 을 수행 하 기 에 는 많 은 시간 과 비용 이 필요 하 므로 , 부분 요인 배치 실험 계 획법 을 사용 하 여 16 개 의 실험 을 설계 하 고 , 실행 순서 에 의한 영향 을 배제 하 기 위하 여 1 회 반복 을 수행 하 여 총 32 회 의 실험 을 수행 하 였 다 . 각 실험 에서 는 디 스펜서 에서 토출 된 용액 의 무게 를 측정 하 여 평균값 과 표준편차 를 계산 하 였 다 . 실험 결과 는 통계 소프트웨어 를 이용 하 여 분석 되 었 으며 , 토출 된 용액 의 평균값 과 표준편차 를 최소 화 할 수 있 는 최적 의 작동 조건 을 선정 하 였 다 . 
 이 연구 에서 고려 된 압 전작 동기 를 이용한 젯 팅 디 스펜서 의 개략 적 인 구조 를 Fig . 1 에 나타내 었 다 ( 9 ) . 두 개 의 스택 타입 압 전작 동기 가 나란히 배치 되 어 있 고 , 압 전작 동기 의 상부 와 하부 는 캡 ( cap ) 으로 보호 하 였 다 . 상부 캡 위 에 는 볼트 를 이용 하 여 압 전작 동기 의 초기 위치 를 조절 할 수 있 도록 하 였 다 . 압 전작 동기 의 변위 확대 를 위하 여 힌지 - 레버 형태 의 변위 확대 기구 가 적용 되 었 으며 , 변위 확대 기구 의 다른 한 쪽 은 디스 펜싱 니들 과 연결 되 어 노즐 을 통하 여 용액 을 토출 할 수 있 도록 하 였 다 . 그리고 , 힌지 의 초기 위치 복원 을 위하 여 스프링 이 적용 되 었 다 . 제안 된 디 스펜서 는 다음 의 네 과정 을 반복 적 으로 수행 하 여 토출 을 하 게 된다 . 왼쪽 과 오른쪽 압 전작 동기 가 각각 인장 과 압축 을 하 게 되 면 , 레버 는 반시 계 방향 으로 회전 하 게 되 고 니 들 이 상승 하 여 헤드 내부 빈 공간 으로 용액 이 충전 된다 ( 상승 과정 ) . 용액 이 충분히 충전 될 수 있 도록 압 전작 동기 의 입력 전압 을 일정 시간 동안 유지 하 게 된다 ( 열림 과정 ) . 반 대로 왼쪽 과 오른쪽 압 전작 동기 가 각각 압축 과 인장 을 하 게 되 며 , 레버 는 시계 방향 으로 회전 하 게 되 고 , 니 들 이 하강 하 면서 노즐 을 통하 여 용액 을 토출 하 게 된다 ( 토출 과정 ) . 토출 후 에 도 일정 시간 동안 니 들 은 그 위치 를 유지 하 게 된다 ( 닫 힘 과정 ) . 
 Structural configuration of piezoelectric jetting dispenser ( 9 ) 
 설계 된 젯 팅 디 스펜서 의 특성 을 확인 하 기 위하 여 Fig . 2 와 같이 정밀 저울 을 통하 여 토출 된 양 을 측정 할 수 있 는 실험 장치 를 구성 하 였 다 . 시린지 ( syringe ) 의 용액 에 는 일정 한 공 압 을 인가 하 여 용액 이 노즐 로 이동 할 수 있 도록 하 였 다 . 제어기 에서 결정 된 제어 입력 은 고전압 증폭 장치 를 통해 압 전 스택 작 동기 로 인가 되게 되 고 , 토출 된 용액 은 0 . 01 mg 의 정밀도 를 갖 는 전자 저울 을 사용 하 여 무게 를 측정 할 수 있 도록 하 였 다 . 이 실험 에 사용 된 용액 은 LED ( light emitting diode ) 공정 에서 사용 되 는 다우 코닝 사 의 OE - 6630 모델 을 사용 하 였으며 , 실제 산업 현장 과 동일 한 환경 을 구성 하 기 위하 여 노란색 형광체 ( YAG ) 20 % 와 R 202 필러 ( filler ) 5 % 를 첨가 하 였 다 . 용액 의 물 성 치 는 Table 1 에 나타내 었 다 . 
 Dispensing fluid properties 
 Eight factors and two levels of each factor 
 Designed experiment sets 
 제안 된 압 전 젯 팅 디 스펜서 를 이용 한 용액 의 토출 실험 을 수행 하 였 다 . 설계 된 각 실험 은 500 회 반복 실행 되 었 으며 , 각 실행 에서 토출 된 용액 의 무게 를 측정 하 여 각 실험 에 대한 평균 과 표준편차 를 계산 하 였 고 , 그 결과 를 Table 4 에 정리 하 였 다 . Table 4 에 나타난 바 와 같이 실험 1 번 과 3 번 또는 2 번 과 4 번 처럼 동일 한 조건 에 대한 실험 의 평균값 의 차이 는 1 번 과 2 번 실험 의 차이 보다 상대 적 으로 매우 작 다 . 
 Average and standard deviation of results 
 이 로부터 실험 순서 가 토출 성능 의 변화 에 미치 는 영향 은 매우 작 은 것 으로 판단 할 수 있 다 . Table 4 의 결과 는 상용 통계 해석 프로그램 인 Minitab 을 사용 하 여 결과 를 분석 하 였으며 유 의 수준 은 0 . 1 로 고려 하 였 다 ( 10 ) . Fig . 3 에 는 토출 된 용액 무게 의 평균 에 대한 주효 과도 가 나타나 있 다 . 주효 과도 에서 는 인자 의 수준 에 따라 기울 기 가 없 는 경우 는 결과 에 영향 을 미치 지 않 는 것 이 고 , 기울기 가 있 는 경우 에 는 인자 의 수준 에 따라 결과 가 영향 을 받 는 것 을 의미 한다 . 그림 에 나타난 바 와 같이 스트로크 , 열림 시간 , 노즐 지름 등 이 작 을수록 평균 이 감소 하 는 것 을 확인 할 수 있 다 . Fig . 4 ( a ) 와 ( b ) 에는 각 인자 의 주 효과 와 교호 효과 가 유의 한 지 확인 할 수 있 는 파레토 차트 ( Pareto chart ) 와 1 / 2 정규 확률 도 를 나타내 었 다 . Fig . 4 ( a ) 에 나타난 파레토 차트 에서 는 붉 은 색 세로 선 의 우측 까지 확장 된 인자 는 유의 한 것 으로 판단 할 수 있 으므로 , 스트로크 ( B ) , 열림 시간 ( E ) , 노즐 지름 ( G ) , 노즐 온도 ( H ) , 주파수 ( A ) 의 주 효과 와 주파수 - 눌림 예 압량 ( AC ) , 주파수 - 상승 시간 ( AD ) , 주파수 - 노즐 지름 ( AG ) , 주파수 - 열림 시간 ( AE ) 의 교호 효과 는 유의 하 다 . 이러 한 결과 는 Fig . 4 ( b ) 의 1 / 2 정규 확률 도 에 동일 하 게 나타나 는데 , 붉 은 점 으로 표시 된 인자 들 은 유의 함 을 나타낸다 . 유의미 한 교호 효과 도 는 Fig . 5 에 나타내 었 다 . 교호 효과 도 에서 는 두 개 의 선 이 교차 하 는 것 은 두 인자 의 교호 효과 가 있 는 것 이 고 , 두 선 이 평행 하 면 교호 효과 가 없 는 것 을 의미 한다 . 주파수 와 눌림 예 압량 의 교호 교과 를 보 면 , 주파수 가 50 Hz 인 경우 에 는 눌림 예 압량 이 20 % 일 때 , 주파수 가 100 Hz 인 경우 에 는 눌림 예 압량 이 80 % 일 때 표준 편차 가 작아지 는 것 을 확인 할 수 있 다 . Fig . 6 에 는 토출 된 용액 무게 의 표준 편차 에 대한 주효 과도 를 나타내 었 다 . 스프링 눌림 예 압량 이 작 은 경우 , 노즐 지름 이 작 은 경우 에 표준 편차 가 감소 하 는 것 으로 보인다 . 토출 된 용액 무게 의 표준 편차 에 대한 파레토 차트 와 1 / 2 정규 확률 도 를 Fig . 7 ( a ) 와 ( b ) 에 각각 나타내 었 다 . Fig . 7 에 나타난 바 와 같이 주 효과 에서 는 노즐 지름 ( G ) 만 이 유의미 하 고 , 교호 효과 에서 는 주파수 - 눌림 예 압량 ( AC ) 만 이 유의미 한 것 을 확인 할 수 있 다 . 토출 된 용액 무게 의 표준 편차 에 대한 교호 효과 는 Fig . 8 에 나타내 었 다 . 토출 된 용액 무게 의 평균 에 대한 교호 효과 와 동일 하 게 , 주파수 가 50 Hz 인 경우 에 는 눌림 예 압량 이 20 % 일 때 , 주파수 가 100 Hz 인 경우 에 는 눌림 예 압량 이 80 % 일 때 표준 편차 가 작아지 는 것 을 확인 할 수 있 다 . 
 Main effect plots for average 
 Pareto chart and normal probability plot for average 
 Interaction effect plots for average 
 Main effect plots for standard deviation 
 Pareto chart and normal probability plot for standard deviation 
 Interaction effect plots for standard deviation 
 이러 한 결과 를 바탕 으로 젯 팅 디 스펜서 의 토출 된 용액 무게 의 평균 과 편차 가 가장 작아지 도록 하 는 작동 조건 의 최적화 를 수행 하 였 다 . 각 2 개 씩 의 수준 을 갖 는 8 개 의 작동 조건 에 대한 최적화 결과 를 Fig . 9 에 나타내 었 다 . 주파수 는 100 Hz , 스트로크 는 85 %, 스프링 의 눌림 예 압 은 80 %, 상승 시간 은 0 . 5 ms , 열림 시간 은 0 . 5 ms , 하강 시간 은 0 . 5 ms , 노즐 의 지름 은 0 . 2 mm , 노즐 의 온도 는 35 ℃ 에서 가장 작 은 토출 량 과 표준 편차 를 갖 는 것 을 확인 하 였 다 . 
 Optimization of jetting conditions 
 이 연구 에서 는 두 개 의 압 전 스택 이 적용 된 젯 팅 디 스펜서 의 토출 성능 에 영향 을 주 는 인자 를 파악 하 기 위한 실험 을 수행 하 고 그 결과 를 통계 적 방법 으로 해석 하 였 다 . 젯 팅 디 스펜서 의 작동 원리 를 설명 하 고 , 제작 된 디 스펜서 와 정밀 한 저울 등 을 이용 하 여 실험 장치 를 구성 하 였 다 . 디 스펜서 의 토출 성능 에 영향 을 주 는 8 개 의 인자 를 선정 하 고 , 각 인자 는 2 개 의 수준 을 가지 는 것 으로 가정 하 였 다 . 각 인자 의 영향 을 파악 하 기 위하 여 256 회 의 실험 이 필요 하 나 , 실험 계획법 의 부분 요인 배치 기법 을 이용 하 여 16 회 의 실험 을 설계 하 였 고 , 실행 순서 에 의한 영향 을 배제 하 기 위하 여 전체 실험 의 1 회 반복 을 수행 하 여 총 32 회 의 실험 을 진행 하 였 다 . 각 실험 에서 측정 된 토출 용액 의 무게 에 대한 평균 과 표준편차 를 계산 하 였 고 , 주 효과 와 교호 효과 분석 을 통해 각 인자 의 영향력 을 파악 하 였 다 . 이 를 바탕 으로 토출 용액 의 평균값 과 표준편차 를 최소 화 할 수 있 는 최적 의 작동 조건 을 선정 하 였 다 . 
 이 논문 은 2014 년 도 정부 ( 교육부 ) 의 재원 으로 한국연구재단 의 지원 을 받 아 수행 된 연구 임 ( NRF - 2014 R 1 A 1 A 2057625 ) . 
 Jung Woo Sohn received his Ph . D . degree in the Department of Mechanical Engineering from Inha University in 2008 . He is now working as an assistant professor in the Department of Mechanical Design Engineering of Kumoh National Institute of Technology . He has interest on the design and control of smart structures and systems . 
 Seung - Bok Choi received the B . S . degree in Mechanical Engineering from Inha University in 1979 , MS degree and Ph . D . degrees from Michigan State University in 1986 and 1990 , respectively . He is currently Dean of the Graduate School and fellow professor in Inha University . He is a fellow of NAEK ( National Academy Engineering of Korea ) , KAST ( The Korean Academy of Science and Technology ) . His research interests are robust controller design and control of various systems using smart actuators . 
 Dixon D . , Kazalski J . , Murch F . , Marongelli S . 1997 Practical Issues Concerning Dispensing Pump Technologies Circuits Assembly 8 ( 8 ) 36 - 40 
 Ness C . Q . , Lewis A . R . 1998 Pathways to SMT Part 5 - Adhesive / Epoxies & Dispensing Surface Mount Technology 12 ( 5 ) 114 - 122 
 Wedekin S . 2001 Micro Dispensing Comes of Age Surface Mount Technology 15 ( 4 ) 62 - 71 
 Chen X . B . , Kai J . 2004 Modeling of Positive - displacement Fluid Dispensing Processes IEEE Transaction on Electronics Packaging Manufacturing 27 ( 3 ) 157 - 163 DOI : 10 . 1109 / TEPM . 2004 . 843083 
 Nguyen Q . H . , Choi M . K . , Yoon B . Y . , Choi S . B . 2006 Design of a New Dispensing System Featuring Piezoelectric Actuator Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering 16 ( 7 ) 739 - 745 DOI : 10 . 5050 / KSNVN . 2006 . 16 . 7 . 739 
 Choi M . K . , Nguyen Q . H . , Yoon B . Y . , Choi S . B . 2006 Design and Control of Jetting Dispenser Driven by Piezoelectric Actuator Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering 16 ( 11 ) 1165 - 1171 DOI : 10 . 5050 / KSNVN . 2006 . 16 . 11 . 1165 
 Yoon B . Y . , Hung Q . H . , Sohn J . W . , Choi S . B . 2008 Performance Characteristics of High Speed Jetting Dispenser Using Piezoactuator Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering 18 ( 4 ) 432 - 438 DOI : 10 . 5050 / KSNVN . 2008 . 18 . 4 . 432 
 Luo W . , Deng G . 2013 Simulation Analysis of Jetting Dispenser based on Two Piezoelectric Stacks Proceedings of the 14 th International Conference on Electronic Packaging Technology 738 - 741 
 Jeon J . , Hong S . M . , Choi M . K . , Choi S . B . 2014 Design and Performance Evaluation of a New Jetting Dispenser System Using Two Piezostack Actuators Smart Materials and Structures 24 ( 1 ) 015020 - 1 - 11 
 Lee Sang - Bok 2014 Design of Experiment based on Minitab Examples ERETEC , Inc . 
 Citing ' Experimental Analysis of Operating Parameters for Piezoelectric Jetting Dispenser ' 
 AU - 홍 , 승 민 
 AU - 최 , 승복 
 TI - Experimental Analysis of Operating Parameters for Piezoelectric Jetting Dispenser 
 DO - 10 . 5050 / KSNVE . 2015 . 25 . 10 . 685 
 UR - http : / / dx . doi . org / 10 . 5050 / KSNVE . 2015 . 25 . 10 . 685 
 손 , 정 . , 홍 , 승 . , 김 , 기 . , & 최 , 승 . ( 2015 ) . Experimental Analysis of Operating Parameters for Piezoelectric Jetting Dispenser . Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering , 25 ( 10 ) The Korean Society for Noise and Vibration Engineering . doi : 10 . 5050 / KSNVE . 2015 . 25 . 10 . 685 
 손 , 정 , 홍 , 승 , 김 , 기 , & 최 , 승 2015 , Experimental Analysis of Operating Parameters for Piezoelectric Jetting Dispenser , Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering , vol . 10 , no . 10 , Retrieved from http : / / dx . doi . org / 10 . 5050 / KSNVE . 2015 . 25 . 10 . 685 
 [ 1 ] 정 손 , 승 홍 , 기 김 , and 승 최 , “ Experimental Analysis of Operating Parameters for Piezoelectric Jetting Dispenser ” , Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering , vol . 10 , no . 10 , Oct 2015 . 
 손 , 정우 홍 , 승 민 김 , 기우 et al . “ Experimental Analysis of Operating Parameters for Piezoelectric Jetting Dispenser ” Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering , 10 . 10 2015 : 
 손 , 정우 , 홍 , 승 민 , 김 , 기우 , and 최 , 승복 , “ Experimental Analysis of Operating Parameters for Piezoelectric Jetting Dispenser . ” Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering 10 no . 10 ( ) Oct , 2015 ) : http : / / dx . doi . org / 10 . 5050 / KSNVE . 2015 . 25 . 10 . 685