9789740337737

1. บทที่1
บทที่ 1 ชุดประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์
Microelectronic Assembly
ปัจจุบันกระบวนการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่า (flip chip) มีการใช้
สารยึดติดที่ในอุตสาหกรรมมักเรียกว่า สารผนึกหุ้ม (encapsulant) หรือวัสดุอันเดอร์ฟิลล์ (underfill)
เพื่อทาหน้าที่ปกป้องชุดประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ โดยทั่วไปมักเป็นสารยึดติดชนิดอิพ็อกซี
เนื่องจากอิพ็อกซีมีสมบัติเชิงฟิสิกส์และเชิงเคมีที่ดี สามารถยึดติดกับแผ่นฐานหลากหลายชนิด ทาให้
สามารถใช้ยึดเกาะวัสดุเข้าด้วยกันได้ดี อย่างไรก็ตาม การเลือกชนิดของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี (epoxy
prepolymer) สารบ่ม ตัวเร่งปฏิกิริยา สารตัวเติม และสารเติมแต่งต่าง ๆ เป็นปัจจัยสาคัญที่ส่งผลต่อ
สมบัติของสารยึดติดอิพ็อกซี เนื้อหาในบทนี้กล่าวถึงกระบวนการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบ
ชิปพลิกคว่า สมบัติเฉพาะของสารผนึกหุ้มที่ใช้ในกระบวนการนี้ จากนั้นแนะนาให้รู้จักพรีพอลิเมอร์
อิพ็อกซี และสารบ่ม โดยประเภทของสารบ่มที่นิยมใช้กับพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี เช่น แอลิแฟติกเอมีน
แอโรแมติกเอมีน และแอนไฮไดรด์ สารตัวเติมที่นิยมใช้เติมในอิพ็อกซีเชิงประกอบเพื่อปรับปรุงสมบัติ
ต่าง ๆ ของอิพ็อกซี เช่น สารตัวเติมอนินทรีย์ สารตัวเติมอินทรีย์ และสารตัวเติมอินทรีย์/อนินทรีย์
1.1 สำรผนึกหุ้ม
กระบวนการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่าที่ใช้ในปัจจุบันทาโดยนาชิป
วงจรรวม (integrated circuit, IC Chip) หรือซิลิคอนชิปคว่าลงเพื่อเชื่อมต่อกับแผ่นฐาน (substrate)
โดยการวางโลหะบัดกรี (solder bump) และให้ความร้อนเพื่อให้โลหะบัดกรีเกิดการไหลและหลอมติด
อย่างไรก็ตาม แผงวงจรที่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าดังที่กล่าวมา ต้องการสารผนึกหุ้มเพื่อปกป้องไมโคร

2. 2
อิเล็กทรอนิกส์ โดยทั่วไปสารผนึกหุ้มที่ใช้คือ อิพ็อกซี ดังแสดงในรูปที่ 1.1 ชุดประกอบไมโคร
อิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่าบนแผงวงจรยืดหยุ่นประกอบด้วยแผ่นฐาน โดยมากคือพอลิอิไมด์ที่มีค่า
คงตัวไดอิเล็กทริกต่า เม็ดโลหะบัดกรี ซึ่งปัจจุบันเป็นแบบไม่มีตะกั่ว ชิปวงจรรวม และสารผนึกหุ้มซึ่งทา
หน้าที่ปกป้องชุดประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ทั้งจากภาวะอากาศ ความชื้น และแรงกระทาที่มีต่อ
ชิ้นงาน
รูปที่ 1.1 ชุดประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่า
ปัญหาที่พบคือการที่ชิ้นส่วนต่าง ๆ ในชุดประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์มีการขยายตัวไม่เท่ากัน
เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไประหว่างใช้งาน เนื่องจากชิ้นส่วนต่าง ๆ มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความ
ร้อน (coefficient of thermal expansion, CTE) ที่แตกต่างกันมาก ทาให้เกิดการแตกหักจากความ
เค้นสะสม ซึ่งส่งผลเสียกับสมรรถนะของอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ สารผนึกหุ้มจึงเข้ามามีบทบาท
เพื่อที่จะลดความเสียหายเหล่านี้ โดยทั่วไปสารผนึกหุ้มคือสารยึดติดในกลุ่มอิพ็อกซี การเลือกชนิด
พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี สารบ่ม ตัวเร่งปฏิกิริยา สารตัวเติมและสารเติมแต่งต่าง ๆ มีความสาคัญอย่างยิ่ง
เพื่อให้ได้สมบัติของสารผนึกหุ้มที่เหมาะสมกับการใช้งาน เนื่องจากการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์
แบบชิปพลิกคว่ามีหลากหลายกระบวนการ เช่น กระบวนการเติมด้านล่างไหลซึมตามรูเล็ก (capillary
flow underfill process) กระบวนการเติมด้านล่างด้วยสารผนึกหุ้มที่ขึ้นรูปแล้ว (molded underfill
process) กระบวนการการเติมด้านล่างแบบไม่ไหล (no-flow underfill process) และกระบวนการ
เติมด้านล่างแบบแว่นผลึก (wafer level underfill process) ดังแสดงในตารางที่ 1.1 สารผนึกหุ้มต้อง
มีสมบัติที่เหมาะสมกับแต่ละกระบวนการทั้งขณะก่อนการบ่มและหลังการบ่ม (ขณะใช้งาน) โดยที่ขณะ
ก่อนการบ่มจะมีสมบัติการไหลและความตึงผิวเป็นปัจจัยสาคัญ ในขณะที่หลังการบ่มจะมีสมบัติเชิงกล
เชิงความร้อน และการทนแรงเค้นจากการเปลี่ยนอุณหภูมิเป็นปัจจัยสาคัญ
สารผนึกหุ้ม (encapsulant) แผ่นฐาน (substrate)
ชิปวงจรรวม (IC chip) เม็ดโลหะบัดกรี (solder bump)

3. 3
ตำรำงที่ 1.1 กระบวนการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่าผนึกหุ้ม [1.1]
กระบวนกำร
ขั้นในกำรจ่ำย
สำรผนึกหุ้ม
จุดที่จ่ำย
สำรผนึกหุ้ม
ควำมสำมำรถ
ในกำรชะ
โลหะออกไซด์
ลักษณะสำร
ผนึกหุ้ม
การเติมด้านล่างไหลซึมตามรูเล็ก
(capillary flow underfill)
หลังประกอบชิปและ
หลอมโลหะบัดกรี
ระหว่างชิปและ
แผ่นฐาน
ไม่มี ของเหลว
การเติมด้านล่างด้วยสารผนึกหุ้มที่
ขึ้นรูปแล้ว (molded underfill)
หลังประกอบชิปและ
หลอมโลหะบัดกรี
ระหว่างชิปและ
แผ่นฐานรอบชิป
ไม่มี ของแข็ง
การเติมด้านล่างแบบไม่ไหล
(no-flow underfill)
ก่อนประกอบชิปและ
หลอมโลหะบัดกรี
บนแผ่นฐาน มี ของเหลว
การเติมด้านล่างบนแว่นผลึก
(wafer level underfill)
หลังผลิตชิป
ก่อนตัดแว่นผลึก
บนแว่นผลึก มี ของกึ่งแข็ง
โรงงานประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันใช้กระบวนการเติมด้านล่างไหลซึมตามรูเล็ก
ดังแสดงในรูปที่ 1.2 ซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนการจ่ายสารชะโลหะออกไซด์ (fluxing agent) บนแผ่น
ฐาน วางแผงวงจรที่มีเม็ดโลหะบัดกรีลงบนแผ่นฐาน จากนั้นให้ความร้อนเพื่อหลอมโลหะบัดกรีให้ไหล
ได้อีก (reflow) เพื่อเชื่อมต่อระหว่างแผ่นฐานและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ในขั้นต่อไปจ่ายสารผนึกหุ้ม
ด้านข้างของแผงวงจร โดยสารผนึกหุ้มนี้จะไหลเข้าไปตามช่องว่างระหว่างเม็ดโลหะบัดกรีโดยแรงซึม
ตามรูเล็ก (capillary force) จากนั้นให้ความร้อนครั้งที่ 2 เพื่อใช้ในการบ่ม (cure) ให้เกิดการเชื่อม
ขวางในเนื้อสารผนึกหุ้ม [1.2, 1.3]
พอลิเมอร์ที่ใช้เป็นสารผนึกหุ้มคือเรซินอิพ็อกซี ส่วนประกอบหลักคือ พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี
ชนิดเดียว หรือพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีหลายชนิดผสมสารบ่ม ตัวเร่งปฏิกิริยา สารตัวเติมอนินทรีย์ และ
สารเติมแต่งอื่น ๆ เช่น สารชะโลหะออกไซด์ สารเพิ่มการทนแรงกระแทก สารเพิ่มการยึดเกาะ และสาร
ช่วยการจ่ายสารยึดติด แม้ว่าสมบัติของสารผนึกหุ้มจะแตกต่างกันตามกระบวนการประกอบชุดไมโคร
อิเล็กทรอนิกส์และการใช้งานเฉพาะ สมบัติที่จาเป็นของสารผนึกหุ้มสาหรับกระบวนการประกอบชุด
ไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่าสามารถสรุปได้ดังตารางที่ 1.2

4. 4
รูปที่ 1.2 กระบวนการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่าโดยกระบวนการเติมด้านล่าง
ไหลซึมตามรูเล็ก (capillary flow underfill process)
สารผนึกหุ้มสาหรับใช้ในกระบวนการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่าบน
แผงวงจรยืดหยุ่นต้องมีสมบัติเฉพาะซึ่งแตกต่างจากสารยึดติดที่ใช้ในอุตสาหกรรมอื่น ซึ่งประกอบด้วย
อุณหภูมิเปลี่ยนสภาพแก้ว (glass transition temperature) สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อน
(coefficient of thermal expansion, CTE) สภาพนาความร้อน (thermal conductivity) สภาพ
ความเป็นฉนวนไฟฟ้าของวัสดุ (electrical resistivity) ความแข็งแรง ความเหนียว การทนแรงกระแทก
และการกระจายแรงของสารยึดติด นอกจากนี้ขณะใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ (เช่น ขณะคุย
หรือใช้แอปพลิเคชันต่าง ๆ บนโทรศัพท์สมาร์ต) อุณหภูมิของโทรศัพท์สามารถเพิ่มสูงขึ้นได้ถึง 70 องศา
เซลเซียส นอกจากนี้ อุณหภูมิของชุดประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์อาจลงต่าถึง -30 องศาเซลเซียส
จ่ายสารชะโลหะและวางดาย ให้ความร้อนเพื่อหลอม
โลหะบัดกรี
จ่ายสารยึดติดให้ความร้อนเพื่อบ่มสารยึดติด
ชิ้นงาน

5. 5
หากมีการใช้งานในฤดูหนาวในบางประเทศ ทาให้ต้องมีการกาหนดคุณลักษณะของสารยึดติดที่จะใช้
งานคือ สารยึดติดมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อนที่ไม่แตกต่างจากชิ้นส่วนอื่น (ชิปวงจรรวม
เม็ดโลหะบัดกรี) เนื่องจากในการประกอบชิ้นส่วนชิปพลิกคว่านี้มีวัสดุหลายประเภท การใช้งานที่มี
การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่แตกต่างกันมากต้องไม่ส่งผลให้เกิดการแตกหักจากความเค้นสะสมที่เกิด
จากการเปลี่ยนขนาดของวัสดุนั้น กล่าวคือต้องพัฒนาให้สารยึดติดมีความสามารถในการกระจาย
พลังงานที่ดี โดยดูจากค่ามอดุลัสสูญเสีย (loss modulus) อุณหภูมิเปลี่ยนสภาพแก้วของสารยึดติดต้อง
มีค่าสูงกว่า 125 องศาเซลเซียส เพื่อให้การขยายตัวเชิงความร้อนในขณะใช้งานอยู่ในช่วงต่ากว่า
อุณหภูมิเปลี่ยนสภาพแก้ว สารยึดติดนี้ต้องมีความสามารถในการชะโลหะออกไซด์จากเม็ดโลหะบัดกรี
ซึ่งสามารถทาได้โดยการเติมสารตั้งต้นที่สามารถชะโลหะออกไซด์ได้ โดยไม่มีผลกระทบกับสมบัติอื่น ๆ
ของสารยึดติด นอกจากนี้สารยึดติดต้องมีความหนืดเหมาะสมกับกระบวนการประกอบและมี
ความสามารถในการเปียกได้ (wettability) ที่เหมาะสม สารยึดติดเมื่อได้รับความร้อนและเกิดการบ่ม
จะต้องไม่เกิดช่องว่างอากาศ (void) ในเนื้อ และไม่มีผลพลอยได้เป็นแก๊สหรือของเหลวเหลือค้างอยู่ใน
เนื้อ สารยึดติดต้องเกิดปฏิกิริยาการเชื่อมขวางในช่วงอุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสม และหลังการบ่มต้อง
ผ่านการทดสอบการกระตุ้นด้วยความร้อน (thermal shock) 1,000 รอบ ทดสอบโดยใส่ชิ้นงานใน
ตู้ควบคุมอุณหภูมิที่ปรับขึ้นลงด้วยอัตรา 20 องศาเซลเซียสต่อนาที จากอุณหภูมิ -55 ถึง 125 องศา
เซลเซียส
จากสมบัติเฉพาะดังกล่าว จึงเป็นข้อจากัดในการเลือกชนิดของพอลิเมอร์เพื่อใช้เป็นสารผนึก
หุ้มสาหรับกระบวนการประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่า ทาให้ปัจจุบันมักใช้สารยึดติด
ที่พัฒนาโดยมีพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี เป็นองค์ประกอบหลัก มีการเลือกใช้สารบ่ม ตัวเร่งปฏิกิริยา
สารตัวเติม และสารเติมแต่งที่เหมาะสม เพื่อให้มีสมบัติต่าง ๆ เหมาะแก่การใช้งาน ในการนี้ทาให้ต้อง
ทาความเข้าใจธรรมชาติของส่วนประกอบแต่ละชนิดของสารผนึกหุ้ม การผสมและจลนพลศาสตร์การ
บ่ม จนได้เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายซึ่งส่งผลต่อสมบัติของสารผนึกหุ้มทั้งสิ้น นอกจากนี้กระบวนการจ่ายสาร
ผนึกหุ้ม การให้ความร้อนและแรงกดยังส่งผลต่อสมบัติของสารผนึกหุ้มในชุดประกอบไมโคร
อิเล็กทรอนิกส์เช่นกันซึ่งจะกล่าวถึงในบทที่ 7

6. 6
ตำรำงที่ 1.2 สมบัติที่จาเป็นของสารผนึกหุ้มสาหรับกระบวนการประกอบชุดประกอบ
ไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปพลิกคว่า [1.2]
สมบัติ ค่ำ
สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อน (ส่วนต่อล้านต่อองศาเซลเซียส) 22-27
อุณหภูมิเปลี่ยนสภาพแก้ว (องศาเซลเซียส) > 125
เวลาในการบ่ม (นาที) < 30
ช่วงเวลาที่ใช้งานได้ของวัสดุ* (ชั่วโมง) > 16
ความหนืด** (เซนติพอยส์ เซนติปาสกาล วินาที) < 20
มอดุลัส (จิกะปาสกาล) 8-10
ความเหนียว (เมกกะปาสกาล ต่อตารางเมตร) > 1.3
สภาพต้านทานไฟฟ้า** (โอห์ม เซนติเมตร) > 1013
ค่าคงตัวไดอิเล็กทริก** (กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร) < 4.0
ปริมาณสารตัวเติม (ร้อยละ) < 70
หมำยเหตุ *เวลาที่ความหนืดของวัสดุเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อทดสอบที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส
**ทดสอบที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส
1.2 พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี
อิพ็อกซีเป็นพอลิเมอร์กลุ่มเทอร์มอเซตที่มีสมบัติเชิงฟิสิกส์และเชิงเคมีที่ดี สมบัติที่โดดเด่น
ของอิพ็อกซีคือการยึดติดกับแผ่นฐานได้หลากหลายชนิด ทาให้สามารถใช้ยึดเกาะวัสดุเข้าด้วยกันได้ดี
นอกจากนี้ยังมีความต้านทานต่อตัวทาละลายและความชื้นที่ดีเมื่อเปรียบเทียบกับเทอร์มอเซตชนิดอื่น
เช่น อะคริลิก และไซยาโนอะคริเลต [1.4] ทาให้มีการใช้อิพ็อกซีเป็นสารยึดติดและสารเคลือบสาหรับ
ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการอายุการใช้งานยาวนานและความทนทานสูง เช่น อุปกรณ์ทางไฟฟ้า ชุดประกอบ
ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เรซินอิพ็อกซีที่ใช้จะมีการปรับสมบัติต่าง ๆ เพื่อให้เหมาะแก่การใช้งานโดยการ
เลือกชนิดของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี สารบ่ม ตัวเร่งปฏิกิริยา สารตัวเติม และสารเติมแต่งต่าง ๆ ทาให้
สามารถประยุกต์ใช้อิพ็อกซีในกระบวนการที่หลากหลาย

7. 7
พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีมีโครงสร้างโมเลกุลที่มีหมู่ปลายมากกว่าหนึ่งหมู่เป็นหมู่ไกลซิดิลอีเทอร์
(glycidyl ether) เรียกว่าหมู่อิพ็อกซี (epoxy group) หรือหมู่อิพ็อกไซด์ (epoxide group) หรือ
หมู่ออกซิเรน (oxirane group) ซึ่งเป็นวงอีเทอร์ที่มีอะตอม 3 อะตอม ดังแสดงในรูปที่ 1.3
หมู่อิพ็อกไซด์ของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีจะทาปฏิกิริยากับสารบ่ม (curing agent) หรือกับหมู่อิพ็อกไซด์
เอง ทาให้เกิดพันธะเชื่อมขวางเป็นโครงข่ายสามมิติ สารบ่มทาหน้าที่กระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาการบ่ม
โดยทั่วไปเป็นสารกลุ่มแอลิแฟติกเอมีน (aliphatic amine) กลุ่มแอโรแมติกเอมีน (aromatic amine)
และกลุ่มแอโรแมติกแอนไฮไดรด์ (aromatic anhydride) ขึ้นกับกระบวนการและสมบัติของสารยึดติด
ที่ต้องการ นอกจากนี้ หมู่อิพ็อกไซด์ยังสามารถเกิดฮอโมพอลิเมอไรซ์ โดยการใช้สารบ่มที่เป็นตัวเร่ง
ปฏิกิริยา ได้แก่ เอมีนตติยภูมิ (tertiary amine) กรดลิวอิส (Lewis acid) และ เบสลิวอิส (Lewis
base) และไดไซยานไดเอไมด์ (dicyandiamide) [1.4] รูปที่ 1.4 แสดงตัวอย่างโครงสร้างโมเลกุลของ
พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีที่ใช้กันทั่วไปสาหรับเป็นสารผนึกหุ้ม
C C
O
R
R R
R
รูปที่ 1.3 โครงสร้างทางเคมีของหมู่อิพ็อกไซด์
สิ่งสาคัญในการเตรียมสูตรสาหรับผสมอิพ็อกซีคือ การรู้จานวนหมู่อิพ็อกไซด์ของพรีพอลิเมอร์
อิพ็อกซี เพื่อคานวณปริมาณของสารบ่มที่เติมเพื่อให้ได้ปริมาณที่สมมูล ปริมาณหมู่อิพ็อกไซด์ของ
พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี คือน้าหนักสมมูลของอิพ็อกซี (epoxy equivalent weight, EEW) โดยนิยามเป็น
น้าหนักของเรซินอิพ็อกซีต่อหนึ่งหมู่อิพ็อกไซด์ น้าหนักสมมูลของสารบ่มคานวณได้จากอัตราส่วนของ
น้าหนักเชิงโมเลกุลของสารบ่มและจานวนอะตอมไฮโดรเจนกัมมันต์ (active hydrogen atom)
ในเอมีน หรือจานวนของหมู่แอนไฮไดรด์ หมู่แอนไฮไดรด์ 1 หมู่ให้กรดคาร์บอซิลิก 2 หมู่ที่ไวต่อ
ปฏิกิริยากับหมู่อิพ็อกไซด์ ดังนั้นหมู่แอนไฮไดรด์มีฟังก์ชันนัลลิตี (functionality) เท่ากับ 2
โครงสร้างทางเคมีและน้าหนักเชิงโมเลกุลของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีมีผลต่อความไวในการ
เกิดปฏิกิริยาการบ่ม การยึดติด การทนความร้อนและสารเคมี และความทนทานของสารยึดติดอิพ็อกซี
ที่ได้ พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารผนึกหุ้มคือไดไกลซิดิลอีเทอร์ของบิสฟีนอลเอ
(diglycidyl ether of bisphenol A, DGEBA) ซึ่งมีวงเบนซีนบนโครงสร้างหลักทาให้สามารถทน

8. 8
ความร้อนและสารเคมี และมีความทนทานต่อการใช้งาน มีความยืดหยุ่นและการยึดติดดีเนื่องจากมีหมู่
อีเทอร์บนโครงสร้างโมเลกุล
O
O
H3C CH3
O
OH
O
H3C CH3
O
O
n
Diglycidyl Ether of Bisphenol A (DGEBA)
O
O
H H
O
OH
O
H H
O
O
n
Diglycidyl Ether of Bisphenol F (DGEBF)
N
O
ON
O
O
Tetraglycidyl Diamino Diphenylmethane (TGDDM)
O
O
O
O
O
O
Epoxy Novolac Resin
H3C H3C H3C
n
รูปที่ 1.4 โครงสร้างทางเคมีของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีที่ใช้เป็นสารผนึกหุ้ม
โนโวแลค พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี
ไดไกลซิดิลอีเทอร์ของบิสฟีนอลเอ (DGEBA)
ไดไกลซิดิลอีเทอร์ของบิสฟีนอลเอฟ (DGEBF)
เททระไกลซิดิลไดอะมิโนไดฟีนิลมีเทน (TGDDM)

9. 9
สารบ่มที่ใช้ในการบ่มพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี มีผลต่อสมบัติของอิพ็อกซีอย่างมากเนื่องจาก
โครงสร้างโมเลกุลของสารบ่มจะอยู่ในโครงสร้างสายโซ่ของอิพ็อกซี รูปที่ 1.5 แสดงกลไกปฏิกิริยาการ
บ่มของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี กับสารบ่มที่มีหมู่เอมีน หากสารบ่มมีวงเบนซีนบนโครงสร้างหลักจะทาให้
โครงสร้างเชื่อมขวางของอิพ็อกซีมีเสถียรภาพทางความร้อนสูง ดังนั้นจึงมีความจาเป็นที่จะต้องเลือก
สารบ่มให้เหมาะสมเพื่อให้มีสมบัติตามความต้องการ
C
H
CH2
O
N
H
H
N
H
H
N N
H
H
CC
OH H
HH
H
CH2C
C
H
H2C
O
O
N N
HCC
OH H
HH
C
H
H H
CHO H
C C
H
H
OH
H
รูปที่ 1.5 กลไกปฏิกิริยาการบ่มของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีกับสารบ่มที่มีหมู่เอมีน (ดัดแปลงจาก [1.1])
อิพ็อกซี สารบ่มเอมีน

10. 10
1.3 สำรบ่ม
สารบ่มหรือสารทาให้แข็งตัว (curing agent หรือ hardener) เป็นสารที่สามารถทาให้
พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีเกิดโครงสร้างเชื่อมขวางได้ ตาแหน่งกัมมันต์ (active site) ของสารบ่มจะทา
ปฏิกิริยาพอลิแอดดิชัน (polyaddition) กับหมู่อิพ็อกไซด์และหมู่ไฮดรอกซิลของพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี
ทั้งในกรณีที่มีและไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) การเลือกสารบ่มขึ้นกับความต้องการในกระบวนการ
ใช้งานและสมบัติขณะใช้งานของสารยึดติดอิพ็อกซีที่ได้ ปัจจัยที่เกี่ยวข้องในกระบวนการใช้งาน ได้แก่
ความหนืด การจ่ายสารยึดติด อุณหภูมิการบ่ม ความไวของปฏิกิริยาการบ่ม และอัตราส่วนในการผสม
สาหรับสมบัติของสารยึดติดอิพ็อกซีที่ต้องการขณะใช้งาน เช่น การทนความร้อนและสารเคมี
ความแข็งแรง การยึดติด สารบ่มแต่ละชนิดมีข้อเด่นเฉพาะตัวที่ช่วยปรับปรุงสมบัติเชิงอุณหกลศาสตร์
และสมบัติเชิงความร้อนของสารยึดติดที่ได้ เนื่องมาจากโครงสร้างทางเคมี ตาแหน่งกัมมันต์ต่อปฏิกิริยา
และภาวะการบ่มที่ต่างกัน ประเภทของสารบ่มที่นิยมใช้กับพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีในกระบวนการ
ประกอบชุดไมโครอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ได้แก่ กลุ่มแอลิแฟติกเอมีน กลุ่มแอโรแมติกเอมีน และ
กลุ่มแอนไฮไดรด์
สารบ่มประเภทแอลิแฟติกเอมีน แบ่งเป็น 3 กลุ่มตามหมู่ฟังก์ชัน (อะตอมไฮโดรเจนที่ไวต่อ
ปฏิกิริยา) คือ เอมีนแบบปฐมภูมิ (primary amine) เอมีนแบบทุติยภูมิ (secondary amine) และ
เอมีนแบบตติยภูมิ (tertiary amine) ขึ้นกับจานวนอะตอมไฮโดรเจนหรือหมู่อินทรีย์แทนที่ (organic
substituent) ที่มีการเชื่อมด้วยพันธะโคเวเลนซ์กับอะตอมไนโตรเจนของหมู่เอมีน หากมีหมู่อินทรีย์
แทนที่อะตอมไฮโดรเจน 1, 2 หรือ 3 หมู่ จะเรียกสารกลุ่มนี้ว่า สารประกอบเอมีนแบบปฐมภูมิ
สารประกอบเอมีนแบบทุติยภูมิ และสารประกอบเอมีนแบบตติยภูมิ ตามลาดับ หากสารบ่มกลุ่มนี้มีหมู่
เอมีนมากกว่าหนึ่งหมู่ จะเรียก ได- ไทร- หรือพอลิ- เอมีน
สารบ่มประเภทแอลิแฟติกเอมีนเป็นสารบ่มที่ได้รับความนิยม เนื่องจากมีความหนืดต่า ราคา
ถูก ความทนต่อสารเคมีปานกลาง และสามารถเกิดปฏิกิริยาการบ่มได้ที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม
พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีที่บ่มด้วยสารบ่มประเภทแอลิแฟติกเอมีนมักคายพลังงานสูงขณะเกิดปฏิกิริยาการ
บ่ม ทาให้ไม่เหมาะแก่การผลิตชิ้นงานขนาดใหญ่ [1.5] สารบ่มประเภทแอลิแฟติกเอมีนที่ใช้ทั่วไป
ได้แก่ ไดเอทิลีนไทรเอมีน (diethylenetriamine, DETA) และไทรเอทิลีนเททระมีน
(triethylenetetramine, TETA) ดังแสดงในรูปที่ 1.6

11. 11
H2N
N
H
H
N
NH2
H2N
N
H
NH2
รูปที่ 1.6 ตัวอย่างโครงสร้างทางเคมีของสารบ่มประเภทแอลิแฟติกเอมีน
การแบ่งกลุ่มของสารบ่มประเภทแอโรแมติกเอมีนเหมือนกับการแบ่งกลุ่มของสารบ่มประเภท
แอลิแฟติกเอมีน สิ่งที่ต่างกันมีเพียงสารบ่มกลุ่มนี้มีวงเบนซีนต่ออยู่กับอะตอมไนโตรเจนของหมู่เอมีน
ทาให้พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซีที่บ่มด้วยสารบ่มกลุ่มนี้มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงกว่าการใช้สารบ่ม
ประเภทแอลิแฟติกเอมีน รูปที่ 1.7 แสดงตัวอย่างของสารบ่มประเภทแอโรแมติกเอมีน ได้แก่
ออกซีไดอะนิลีน (oxydianiline, ODA) เมทิลีนไดอะนิลีน (methylene dianiline, MDA) และ
ไดอะมิโนไดฟีนิลซัลโฟน (diaminodiphenyl sulfone, DDS) พรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี ที่บ่มด้วยสารบ่ม
ประเภทแอโรแมติกเอมีนมีสมบัติที่ดีหลายประการ เช่น ความแข็งแรงสูง การทนความร้อนและสารเคมี
ดีมาก
H2N
O
NH2 H2N
CH2
NH2
H2N
SO2
NH2
รูปที่ 1.7 ตัวอย่างโครงสร้างทางเคมีของสารบ่มประเภทแอโรแมติกเอมีน
สารบ่มอีกประเภทที่มีความสาคัญคือสารบ่มประเภทแอนไฮไดรด์ ซึ่งมีความแตกต่างจากสาร
บ่มประเภทแอลิแฟติกเอมีนและแอโรแมติกเอมีน เนื่องจากสารบ่มกลุ่มนี้จะทาปฏิกิริยากับพรีพอลิเมอร์
อิพ็อกซี เมื่อมีสารเร่ง (accelerator) เช่น น้า แอลกอฮอล์ และเบส สารบ่มประเภทแอนไฮไดรด์ทา
ให้อิพ็อกซีที่ได้มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง การทนความร้อนและสารเคมีสูง เนื่องจากมีวงเบนซีนใน
ไดเอทิลีนไทรเอมีน (DETA) ไทรเอทิลีนเททระมีน (TETA)
ออกซีไดอะนิลีน (ODA) เมทิลีนไดอะนิลีน (MDA)
ไดอะมิโนไดฟีนิลซัลโฟน (DDS)

12. 12
โครงสร้างหลัก อย่างไรก็ตาม มีการใช้สารบ่มประเภทแอนไฮไดรด์ในอุตสาหกรรมไม่มากนัก เนื่องจาก
ต้องใช้อุณหภูมิสูงในการบ่ม ตัวอย่างสารบ่มประเภทแอนไฮไดรด์ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ ได้แก่ เมทิลเฮกซะ-
ไฮโดรพทาลิกแอนไฮไดรด์ (methylhexahydrophthalic anhydride, MHHPA) ไพโรเมลลิติก
ไดแอนไฮไดรด์ (pyromellitic dianhydride, PMDA) และเบนโซฟีโนนเททระคาร์บอซิลิกไดแอน-
ไฮไดรด์ (benzophenonetetracarboxylic dianhydride, BPDA) ดังแสดงในรูปที่ 1.8
O O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
H3C
O
O
O
.
รูปที่ 1.8 ตัวอย่างโครงสร้างทางเคมีของสารบ่มประเภทแอนไฮไดรด์
อย่างไรก็ตาม บางครั้งสารยึดติดที่ประกอบด้วยพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี และสารบ่ม (ในบางกรณี
รวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยา) ยังมีสมบัติเชิงฟิสิกส์และเชิงเคมีไม่เหมาะสมกับการใช้งาน การเติมสารตัวเติม
เป็นทางเลือกหนึ่งในการปรับปรุงสมบัติของสารยึดติดอิพ็อกซี เช่น สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความ
ร้อน ความแข็งแรง สภาพนาความร้อน
1.4 สำรตัวเติม
การปรับปรุงสมบัติเชิงอุณหกลศาสตร์ สมบัติเชิงความร้อน และสมบัติเชิงกลของสารยึดติด
อิพ็อกซี มักใช้การเติมสารตัวเติมอนินทรีย์ลงในพรีพอลิเมอร์อิพ็อกซี เพื่อให้เกิดเป็นพอลิเมอร์เชิง
ไพโรเมลลิติกไดแอนไฮไดรด์ (PMDA)
เบนโซฟีโนนเททระคาร์บอซิลิกไดแอนไฮไดรด์ (BPDA)
เมทิลเฮกซะไฮโดรพทาลิกแอนไฮไดรด์ (MHHPA)