JP3068896B2 - Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation - Google Patents

Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、耐冷熱衝撃性、耐熱性
および靭性に優れた新規な半導体封止用エポキシ樹脂組
成物に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent resistance to thermal shock, heat and toughness.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在IC、LSIなどの半導体素子をシ
リコーン樹脂またはエポキシ樹脂などを用いて封止する
樹脂封止法が広く採用され、これらのなかでもエポキシ
樹脂は比較的優れた気密性を与え、かつ安価であること
から半導体封止用樹脂として汎用されている。
2. Description of the Related Art At present, a resin encapsulation method for encapsulating a semiconductor element such as an IC or an LSI using a silicone resin or an epoxy resin has been widely used, and among these, epoxy resins provide relatively excellent airtightness. It is widely used as a resin for semiconductor encapsulation because of its low cost.

【0003】しかしながら、IC、LSIの実装方法の
多様化により樹脂封止パッケージは小型化及び薄型化さ
れる傾向にあり、従来のエポキシ系樹脂を用いて小型化
及び薄型化されたパッケージを作製した場合、エポキシ
系樹脂の高温機械強度が低いため、基板実装後、半田の
なかにディップした後に封止樹脂にクラックが発生す
る。そこでこのクラックを防ぐためにエポキシ樹脂マト
リックス中にゴム成分やエンジニアリングプラスチック
成分を分散させたり、シリコーンオイルを添加するなど
の方法が検討されている。しかしながら、これらの方法
は組成物中に微細にかつ均一に分散させることは困難で
あり、添加量の割に効果が小さく、添加量を多くすると
成形時の流動性が著しく低下する。また、混合物である
のでエポキシ樹脂マトリックスとドメインの界面の剥離
などの好ましくない状態を生じ、作業性および耐クラッ
ク性の信頼性に問題を生じる。
However, with the diversification of mounting methods for ICs and LSIs, resin-sealed packages tend to be smaller and thinner, and conventional epoxy-based resins have been used to manufacture smaller and thinner packages. In this case, since the high-temperature mechanical strength of the epoxy resin is low, cracks occur in the sealing resin after dipping in solder after mounting on the board. Therefore, in order to prevent the crack, a method of dispersing a rubber component or an engineering plastic component in an epoxy resin matrix or adding a silicone oil has been studied. However, these methods are difficult to disperse finely and uniformly in the composition, and the effect is small for the added amount, and when the added amount is increased, the fluidity during molding is significantly reduced. In addition, since the mixture is a mixture, an unfavorable state such as peeling of the interface between the epoxy resin matrix and the domain occurs, which causes problems in workability and reliability of crack resistance.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発朋は、かかる問題
点を解決するために為されたもので、エポキシ樹脂マト
リックスとドメインの界面で剥離などの問題が生じない
耐冷熱衝撃性、耐熱性及び靭性に優れた新規な半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has no thermal shock resistance and heat resistance that does not cause problems such as peeling at the interface between the epoxy resin matrix and the domain. Another object of the present invention is to obtain a novel epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent toughness.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、多官能エポキ
シ化合物、フェノールノボラック樹脂、無機質フィラ
ー、硬化促進剤および多官能エポキシ化合物と下記一般
The present invention relates to a polyfunctional epoxy compound, a phenol novolak resin, an inorganic filler, a curing accelerator and a polyfunctional epoxy compound represented by the following general formula:

【0006】[0006]

【化2】 Embedded image

【0007】に示される末端にアミン基またはフェノー
ル基を有するポリエーテルスルホンとを触媒下又は無触
媒下で予め反応させた予備反応物からなることを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。
An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation comprising a pre-reacted product obtained by preliminarily reacting a polyether sulfone having an amine group or a phenol group at the terminal with or without a catalyst. is there.

【0008】本発明に用いられる多官能エポキシ化合物
としては、ノボラック系エポキシ樹脂、ビスフェノール
A型エポキシ樹脂、脂環式系エポキシ樹脂、3,3’,
5,5’−テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂な
ど種々のタイプのエポキシ樹脂があげられる。なお、こ
れらのエポキシ樹脂は単独で用いてもよく、また2種以
上を併用してもよい。
The polyfunctional epoxy compounds used in the present invention include novolak epoxy resins, bisphenol A epoxy resins, alicyclic epoxy resins, 3,3 ′,
Various types of epoxy resins such as 5,5'-tetramethylbiphenol type epoxy resin are exemplified. In addition, these epoxy resins may be used alone or in combination of two or more.

【0009】さらにこれらの多官能エポキシ化合物とと
もに必要に応じて臭素化ノボラック系エポキシ樹脂、臭
素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂などのエポキシ樹
脂を併用してもよい。この場合、これらのエポキシ樹脂
の使用量は多官能エポキシ樹脂100重量部に対して5
0重量部以下であるのが好ましい。
Further, an epoxy resin such as a brominated novolak epoxy resin and a brominated bisphenol A type epoxy resin may be used together with these polyfunctional epoxy compounds as required. In this case, the amount of these epoxy resins used is 5 per 100 parts by weight of the polyfunctional epoxy resin.
It is preferably 0 parts by weight or less.

【0010】本発明に用いられるフェノールノボラック
樹脂とは、たとえばフェノール、クレゾール、キシレノ
ール、ビスフェノールA、レゾルシンなどのフェノール
系化合物とホルムアルデヒドまたはパラホルムアルデヒ
ドを酸性触媒下で縮合反応させることにより得られたも
のであり、未反応モノマーは得られたフェノールノボラ
ック樹脂中0.5重量%以下であるのが好ましい。
The phenol novolak resin used in the present invention is, for example, one obtained by subjecting a phenolic compound such as phenol, cresol, xylenol, bisphenol A, resorcin and the like to a condensation reaction with formaldehyde or paraformaldehyde in the presence of an acidic catalyst. Yes, the unreacted monomer is preferably 0.5% by weight or less in the obtained phenol novolak resin.

【0011】前記多官能エポキシ化合物とフェノールノ
ボラック樹脂およびアミン基またはフェノール基末端ポ
リエーテルスルホンとの配合割合は、エポキシ樹脂のエ
ポキシ基1当量あたりフェノールノボラック樹脂の水酸
基当量およびアミン基またはフェノール基末端ポリエー
テルスルホンのアミン当量または水酸基当量の合計が
0.8〜1.2当量であるのが好ましい。0.8未満で
ある場合、組成物のガラス転移温度が低くなって、耐熱
性や耐湿性が低下し、また1.2を越える場合、硬化物
中にフェノールノボラック樹脂が未反応物として多く残
り、耐湿性や耐熱性が低下してしまう。
The compounding ratio of the polyfunctional epoxy compound to the phenol novolak resin and the amine group or phenol group-terminated polyether sulfone is such that the hydroxyl group equivalent of the phenol novolak resin and the amine group or phenol group terminated polyether per equivalent of epoxy group of epoxy resin. It is preferable that the total of the amine equivalent or the hydroxyl equivalent of the ether sulfone is 0.8 to 1.2 equivalent. When the ratio is less than 0.8, the glass transition temperature of the composition is lowered, and the heat resistance and the moisture resistance are reduced. When the ratio exceeds 1.2, a large amount of the phenol novolak resin remains as an unreacted material in the cured product. In addition, moisture resistance and heat resistance are reduced.

【0012】本発明に用いられる無機質フィラーとして
は、たとえば結晶性シリカ粉、熔融シリカ粉、アルミナ
粉、タルク、石英ガラス粉、炭酸カルシウム粉およびガ
ラス繊維などがあげられる。これらの無機質フィラーの
添加量は組成物中に50〜85重量%含有されるのが好
ましい。50重量%未満では線膨張係数及び硬化収縮を
低下させる効果が小さくなり、また85重量%を越える
と流動性が低下し、作業性が低下する傾向にあるので、
50〜85重量%の範囲で要求特性に応じて配合量を適
宜選択するのが好ましい。
Examples of the inorganic filler used in the present invention include crystalline silica powder, fused silica powder, alumina powder, talc, quartz glass powder, calcium carbonate powder, glass fiber and the like. These inorganic fillers are preferably added in an amount of 50 to 85% by weight in the composition. If it is less than 50% by weight, the effect of lowering the coefficient of linear expansion and curing shrinkage becomes small, and if it exceeds 85% by weight, the fluidity tends to decrease and the workability tends to decrease.
It is preferable to appropriately select the compounding amount in the range of 50 to 85% by weight according to required characteristics.

【0013】本発明におけるアミン基或いはフェノール
基未端ポリエーテルスルホンは、靭性及び高温機械強度
を向上させるために配合される成分であり、多官能エポ
キシ化合物に対して、0.1〜30重量%用いなければ
ならず、さらに10〜25重量%の範囲であるのが好ま
しい。0.1重量%未満では靭性および高温機械強度を
向上させる効果が小さくなり、また30重量%を越える
場合は得られる組成物の流動性が低下し作業性を損ない
実用に適さない。
The polyethersulfone having an amine group or a phenol group unterminated in the present invention is a component incorporated for improving toughness and high-temperature mechanical strength, and is 0.1 to 30% by weight based on the polyfunctional epoxy compound. Must be used, and preferably in the range of 10 to 25% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the effect of improving toughness and high-temperature mechanical strength is reduced, and if it exceeds 30% by weight, the resulting composition has poor fluidity, impairs workability and is not suitable for practical use.

【0014】また前記ポリエーテルスルホンの分子量
は、1000〜25000であり、5000〜2000
0の範囲であるのが好ましい。1000未満では多官能
エポキシ化合物との予備反応の段階で高分子量化してこ
れを用いた組成物の流動性が低下し作業性を損なうこと
になり、また靭性および高温機械強度も低下することに
なる。25000を越える場合は得られる組成物の流動
性が低下し作業性を損ない実用に適さない。
The molecular weight of the polyether sulfone is from 1,000 to 25,000, and from 5,000 to 2,000
It is preferably in the range of 0. If it is less than 1,000, it becomes high molecular weight in the stage of preliminary reaction with the polyfunctional epoxy compound, the fluidity of the composition using the same decreases, the workability is impaired, and the toughness and high-temperature mechanical strength also decrease. . When it exceeds 25,000, the fluidity of the obtained composition is lowered, and the workability is impaired, which is not suitable for practical use.

【0015】本発明に用いられる硬化促進剤およびアミ
ン基またはフェノール基末端ポリエーテルスルホンと多
官能エポキシ化合物との反応触媒としては共通のものが
使用できる。たとえばイミダゾール系化合物;2−メチ
ルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−エチ
ル−4−メチルイミダゾールなど、第3級アミン系化合
物;トリブチルアミン、トリエチルアミン、ベンジルジ
メチルアミン、トリスジメチルアミノフェノール、1,
8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7な
ど、有機ホスフィン系化合物;トリフェニルホスフィ
ン、トリブチルホスフィン、トリ−4−メチルフェニル
ホスフィンなどがあげられる。これらを単独で用いて
も、或は2種以上を併用することも可能である。硬化促
進剤およびアミン基或はフェノール基末端ポリエーテル
スルホンと多官能エポキシ化合物との反応触媒の添加量
は、上記化合物の種類によって異なるので一概に決定す
ることはできず、本発明はかかる添加量によって限定さ
れるものではないが、通常多官能エポキシ樹脂100重
量部に対して0.02〜5重量部であるのが好ましい。
As the curing accelerator used in the present invention and a catalyst for reacting the polyethersulfone terminated with an amine group or a phenol group with a polyfunctional epoxy compound, a common catalyst can be used. Tertiary amine compounds such as, for example, imidazole compounds; 2-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole; tributylamine, triethylamine, benzyldimethylamine, trisdimethylaminophenol,
Organic phosphine compounds such as 8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7; and triphenylphosphine, tributylphosphine, tri-4-methylphenylphosphine and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The addition amount of the curing accelerator and the reaction catalyst between the amine group or phenol group-terminated polyethersulfone and the polyfunctional epoxy compound cannot be determined unequivocally because they differ depending on the type of the compound. Although it is not particularly limited, it is usually preferable that the amount is 0.02 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyfunctional epoxy resin.

【0016】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
には、必要に応じてカーボンブラックなどの着色剤、カ
ルナバワックス、ポリエチレンワックスなどの離型剤や
三酸化アンチモンなどの難燃剤、γ−グリシロキシプロ
ピルトリメトキシシランなどのカップリング剤、シリコ
ーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム成分を該組成物中の含
有量が10%を越えない範囲で添加してもよい。
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention may contain a coloring agent such as carbon black, a release agent such as carnauba wax and polyethylene wax, a flame retardant such as antimony trioxide, and γ-grease, if necessary. A coupling agent such as siloxypropyltrimethoxysilane, or a rubber component such as silicone rubber or fluororubber may be added within a range that does not exceed 10% in the composition.

【0017】また本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組
成物は、一般に使用されている公知の混合装置、たとえ
ばロール、ニーダ、擂潰機、ヘンシェルミキサーなどを
用いて容易に調整することができる。
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention can be easily adjusted using a commonly used known mixing device, for example, a roll, a kneader, a crusher, a Henschel mixer, or the like.

【0018】本発明によればエポキシ樹脂マトリックス
中にポリエーテルスルホンのドメインを導入するに当た
り、アミン基またはフェノール基末端ポリエーテルスル
ホンを用いて予め使用する多官能エポキシ化合物の一部
とを反応させておくことによりマトリックスとドメイン
との界面の馴染みを良くし、剥離などの好ましくない状
態が生じないようになり耐冷熱衝撃性、耐熱性、靭性な
どに優れた組成物を得ることが出来る。なお、アミン基
またはフェノール基未端ポリエーテルスルホンと多官能
エポキシ化合物との反応方法としては、ポリエーテル
スルホンと多官能エポキシ化合物とを加熱熔融下反応さ
せる。反応は無触媒でも反応するが、本発明の成分とし
て例示した反応触媒を適当量使用することも、反応時間
の短縮の観点から好ましい。ポリエーテルスルホンと
多官能エポキシ化合物との共通の良溶剤を用いて両者を
溶解し均一な溶液とする。次いで、用いた溶剤を減圧下
に留去したのち、減圧乾燥を行って均一な樹脂とし、
と同様にして反応させる。
According to the present invention, when introducing a polyethersulfone domain into an epoxy resin matrix, the polyethersulfone terminated with an amine group or a phenol group is reacted with a part of a polyfunctional epoxy compound used in advance. By doing so, the familiarity of the interface between the matrix and the domain is improved, undesired states such as peeling do not occur, and a composition having excellent thermal shock resistance, heat resistance, toughness and the like can be obtained. As a reaction method between the polyether sulfone having an amine group or a phenol group and the polyfunctional epoxy compound, the polyether sulfone and the polyfunctional epoxy compound are reacted under heating and melting. Although the reaction is carried out without a catalyst, it is also preferable to use an appropriate amount of the reaction catalyst exemplified as the component of the present invention from the viewpoint of shortening the reaction time. The polyethersulfone and the polyfunctional epoxy compound are dissolved using a common good solvent to form a uniform solution. Next, after distilling off the solvent used under reduced pressure, it was dried under reduced pressure to obtain a uniform resin,
The reaction is carried out in the same manner as described above.

【0019】また、ポリエーテルスルホンとフェノール
ノボラック樹脂とを予め溶融混合しておくことも、流れ
や分散性を良くする上で好ましいことである。さらに、
ポリエーテルスルホンと多官能エポキシ化合物との予備
反応物、ポリエーテルスルホンとフェノールノボラック
樹脂との溶融混合物をそれぞれ適宜併用して流れの調整
を図ることもできる。
It is also preferable to melt-mix the polyether sulfone and the phenol novolak resin in advance in order to improve the flow and dispersibility. further,
The flow can also be adjusted by appropriately using a pre-reacted product of polyethersulfone and a polyfunctional epoxy compound and a molten mixture of polyethersulfone and phenol novolak resin.

【0020】以下、実施例および比較例を用いて本発明
をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定され
るものではない。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0021】[0021]

【実施例】(参考例1〜4)窒素気流下、3リットルの
四つ口フラスコに表1示す原料および溶剤を仕込み、攪
拌しながら加熱を行った。トルエンとの共沸脱水により
系内の水分を除去した後、系の温度を190℃に保ちな
がら10時間反応を続けた。反応後酢酸で中和し、水中
に沈澱させた後メタノールで数回洗浄した。これを減圧
乾燥して目的とするポリエーテルスルホンを得た。
EXAMPLES (Reference Examples 1 to 4) In a nitrogen stream, the raw materials and solvents shown in Table 1 were charged into a three-liter four-necked flask and heated while stirring. After removing water in the system by azeotropic dehydration with toluene, the reaction was continued for 10 hours while maintaining the temperature of the system at 190 ° C. After the reaction, the mixture was neutralized with acetic acid, precipitated in water, and washed several times with methanol. This was dried under reduced pressure to obtain the desired polyethersulfone.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】(実施例1,2,3,4,比較例1)表2
に示す組成で多官能エポキシ樹脂とポリエーテルスルホ
ンの反応物を得、表3に示す組成物を90℃のロールで
充分混練を行った後、冷却、粉砕して封止用樹脂組成物
を得た。次にこれを175℃、2分間の条件でトランス
ファー成形し175℃、8時間の後硬化を行った後、物
性評価を行った。各特性値を表3に示す。
(Examples 1, 2, 3, 4, Comparative Example 1) Table 2
A reaction product of a polyfunctional epoxy resin and polyether sulfone was obtained with the composition shown in Table 3, and the composition shown in Table 3 was sufficiently kneaded with a roll at 90 ° C, and then cooled and pulverized to obtain a sealing resin composition. Was. Next, this was transfer-molded at 175 ° C. for 2 minutes and post-cured at 175 ° C. for 8 hours, and then the physical properties were evaluated. Table 3 shows each characteristic value.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】[0025]

【表3】 [Table 3]

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のように本発明の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は、熱時の機械強度、耐衝撃性に優れ、
このため半田浴浸漬時の耐クラック性およびその後の耐
湿性にも優れることが明らかである。
As described above, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention has excellent mechanical strength and impact resistance when heated,
Therefore, it is clear that crack resistance during immersion in a solder bath and moisture resistance thereafter are also excellent.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/40 - 59/64 C08L 63/00 - 63/10 C08L 81/06 H01L 23/29 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C08G 59/40-59/64 C08L 63/00-63/10 C08L 81/06 H01L 23/29

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 多官能エポキシ化合物、フェノールノボ
ラック樹脂、無機質フィラー、硬化促進剤および下記の
一般式に示される末端にアミン基またはフェノール基を
有するポリエーテルスルホンからなることを特徴とする
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化1】
1. A semiconductor encapsulation comprising a polyfunctional epoxy compound, a phenol novolak resin, an inorganic filler, a curing accelerator, and a polyether sulfone having an amine or phenol group at a terminal represented by the following general formula. Epoxy resin composition for use. Embedded image
【請求項2】 アミン基又はフェノール基を有するポリ
エーテルスルホンの一部又は全部と多官能エポキシ化合
物とを予め反応させて予備反応物とした請求項1記載の
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1, wherein part or all of the polyether sulfone having an amine group or a phenol group is preliminarily reacted with a polyfunctional epoxy compound to obtain a pre-reacted product.
【請求項3】 アミン基又はフェノール基を有するポリ
エーテルスルホンの一部又は全部をフェノールノボラッ
ク樹脂と予め溶融混合物とした請求項1記載の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物。
3. The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1, wherein part or all of the polyether sulfone having an amine group or a phenol group is previously melt-mixed with a phenol novolak resin.
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