JPH04325516A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物

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JPH04325516A
JPH04325516A JP9751991A JP9751991A JPH04325516A JP H04325516 A JPH04325516 A JP H04325516A JP 9751991 A JP9751991 A JP 9751991A JP 9751991 A JP9751991 A JP 9751991A JP H04325516 A JPH04325516 A JP H04325516A
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JP
Japan
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fused silica
epoxy resin
average particle
particle size
curing agent
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JP9751991A
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Shiro Honda
史郎 本田
Shuichi Shintani
修一 新谷
Tadahide Sato
佐藤 忠秀
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Toray Industries Inc
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半田付け工程で生じる
パッケージクラックの問題を解消する、すなわち半田耐
熱性に優れるエポキシ樹脂組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特
性、接着性などに優れており、さらに配合処方により種
々の特性が付与できるため、塗料、接着剤、電気絶縁材
料など工業材料として利用されている。たとえば、半導
体装置などの電子回路部品の封止方法として従来より金
属やセラミックスによるハーメチックシールとフェノー
ル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂
封止が提案されている。しかし、経済性、生産性、物性
のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が中心
になっている。
【0003】一方、最近はプリント基板への部品実装に
おいても高密度化、自動化が進められており、従来のリ
ードピンを基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代り
、基板表面に部品を半田付けする“表面実装方式”が盛
んになってきた。それに伴いパッケージも従来のDIP
(デュアル・インライン・パッケージ)から高密度実装
、表面実装に適した薄型のTSOP(シン・スモール・
アウトライン・パッケージ)やQFP(クワッド・フラ
ット・パッケージ)に移行しつつある。
【0004】表面実装方式への移行に伴い、従来あまり
問題にならなかった半田付け工程が大きな問題になって
きた。従来のピン挿入実装方式では半田付け工程はリー
ド部が部分的に加熱されるだけであったが、表面実装方
式ではパッケージ全体が熱媒に浸され加熱される。表面
実装方式における半田付け方法としては半田浴浸漬、不
活性液体の飽和蒸気や赤外線によって加熱する半田リフ
ロー法などが用いられるが、いずれの方法でもパッケー
ジ全体が210〜270℃の高温に加熱されることにな
る。そのため従来の封止樹脂で封止したパッケージは、
半田付け時に樹脂部分にクラックが発生し、信頼性が低
下して製品として使用できないという問題がおきていた
【0005】半田付け工程におけるクラックの発生は、
後硬化してから実装工程の間までに吸湿した水分が半田
付け加熱時に爆発的に水蒸気化、膨脹することに起因す
るといわれており、その対策として封止用樹脂の改良が
種々検討されている。
【0006】従来はエポキシ樹脂にオルソクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、硬化剤にフェノールノボラッ
ク樹脂を用い、無機充填材として平均粒径10〜20μ
mの破砕状溶融シリカを用いるのが一般的であったが、
表面実装時の加熱によりクラックが発生する問題を回避
できなかった。そこで、エポキシ樹脂にビフェニル骨格
を有するエポキシ樹脂を用い、溶融シリカに平均粒径1
2μm以下の破砕状シリカと平均粒径40μm以下の球
状シリカとを組み合わせて用いる方法(特開平2−99
514号公報)などが提案されている。
【0007】しかし、これら種々の方法で改良された樹
脂も、それぞれ半田付け時のクラックに対してある程度
効果をあげてきているが、まだ十分ではない。例えば、
エポキシ樹脂にビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂を
用い、溶融シリカに平均粒径12μm以下の破砕状シリ
カと平均粒径40μm以下の球状シリカとを組み合わせ
て用いる方法では大きな粒径の球状シリカを用いるため
に耐クラック性が低くまだ十分な半田耐熱性が得られて
いない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る半田付け工程で生じるパッケージクラックの問題を解
消する、すなわち半田耐熱性に優れる半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定の硬
化剤と特定の粒径、形状の組み合わせからなる溶融シリ
カとを使用することにより、上記の課題を解決し、目的
に合致したエポキシ樹脂組成物が得られることを見出し
本発明に到達した。
【0010】すなわち本発明は、エポキシ樹脂(A)、
フェノール系硬化剤(B)、溶融シリカ(C)とを必須
成分として含有してなる樹脂組成物であって、前記フェ
ノール系硬化剤(B)が式(I)
【0011】
【化4】
【0012】(ただし、R1 〜R4 は水素原子、C
1 〜C4 の低級アルキル基から選ばれ、すべてが同
一である必要はない。)で表されるフェノール系化合物
(b)を硬化剤(B)中に50重量%以上含有するとと
もに、前記溶融シリカ(C)が平均粒径10μm以下の
破砕状溶融シリカ97〜60重量%と平均粒径4μm以
下の球状溶融シリカ3〜40重量%からなり、球状溶融
シリカの平均粒径が破砕状溶融シリカの平均粒径より小
さく、かつ溶融シリカ(C)を含む無機充填材の割合が
全体の75〜90重量%であるエポキシ樹脂組成物であ
って、さらに前記エポキシ樹脂(A)が式(II)
【0
013】
【化5】
【0014】(ただし、R5 〜R12は水素原子、C
1 〜C4 の低級アルキル基またはハロゲン原子から
選ばれ、すべてが同一である必要はない。)で表される
エポキシ樹脂(a1 )、および、式(III)
【00
15】
【化6】
【0016】(ただし、R13〜R20のうち2つは2
,3−エポキシプロポキシ基であり、残りは水素原子、
C1 〜C4の低級アルキル基またはハロゲン原子から
選ばれ、すべてが同一である必要はない。)で表される
エポキシ樹脂(a2 )の、少なくとも一方を必須成分
として含有することがさらに好ましいエポキシ樹脂組成
物である。
【0017】本発明のエポキシ樹脂組成物が半田耐熱性
に優れる理由はまだ明確ではないが、(1)本発明で用
いられる硬化剤が1分子中に水酸基を2個しか持たない
2官能のフェノール系化合物を一定量以上含有すること
により、硬化物の架橋密度が適度に低下して低吸水性を
示すとともに高温での柔軟性が増大して耐クラック性が
向上すること、(2)本発明に必須の溶融シリカの形状
、粒径の組み合わせにより高温で高い強度を示すととも
に、局所応力を低減させクラック伝播を抑止している可
能性のあること、などの効果が相乗的に働いて各々の単
独の寄与からは予想し得ないほどの優れた半田耐熱性を
示すものと思われる。
【0018】以下、本発明の構成を詳述する。
【0019】本発明におけるエポキシ樹脂(A)は一分
子中に2個以上のエポキシ基を含有する多官能エポキシ
樹脂であれば特に制限を加えるものではないが、通常は
多官能フェノールのポリグリシジルエーテル型エポキシ
樹脂が用いられる。多官能フェノールのポリグリシジル
エーテル型エポキシ樹脂の具体例としてはクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂、ビスフェノールAとホルムアルデヒド、ナフ
トールやジヒドロキシナフタレンとホルムアルデヒドや
ベンズアルデヒドから合成されたノボラック型樹脂のポ
リグリシジルエーテルなどが例示できる。これらのエポ
キシ樹脂においては特に耐湿性、耐熱性および生産性の
バランスからクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好
ましく用いられる。
【0020】本発明においてはこれら多官能フェノール
のポリグリシジルエーテルは難燃性を付与する目的でハ
ロゲン化されたものでもかまわない。
【0021】また、本発明においてはエポキシ樹脂(A
)として式(II)
【0022】
【化7】
【0023】(ただし、R5 〜R12は水素原子、C
1 〜C4 の低級アルキル基またはハロゲン原子から
選ばれ、すべてが同一である必要はない。)で表される
エポキシ樹脂(a1 )、および、式(III)
【00
24】
【化8】
【0025】(ただし、R13〜R20のうち2つは2
,3−エポキシプロポキシ基であり、残りは水素原子、
C1 〜C4の低級アルキル基またはハロゲン原子から
選ばれ、すべてが同一である必要はない。)で表される
エポキシ樹脂(a2 )の、少なくとも一方を必須成分
として含有することがさらに好ましい。エポキシ樹脂(
a1 )や(a2 )のような2官能でかつ耐熱性の高
いビフェニルやナフチル骨格を持つエポキシ樹脂は本発
明においては全く同等の効果を有し、これらを含有する
ことによって半田付け工程におけるクラックの発生防止
効果はより一段と向上する。
【0026】本発明におけるエポキシ樹脂(a1 )の
好ましい具体例としては、4,4´−ビス(2,3−エ
ポキシプロポキシ)ビフェニル、4,4´−ビス(2,
3−エポキシプロポキシ)−3,3´,5,5´−テト
ラメチルビフェニル、4、4´−ビス(2,3−エポキ
シプロポキシ)−3,3´,5,5´−テトラメチル−
2−クロロビフェニル、4,4´−ビス(2,3−エポ
キシプロポキシ)−3,3´,5,5´−テトラメチル
−2−ブロモビフェニル、4、4´−ビス(2,3−エ
ポキシプロポキシ)−3、3´,5,5´−テトラエチ
ルビフェニル、4,4´−ビス(2,3−エポキシプロ
ポキシ)−3、3´,5,5´−テトラブチルビフェニ
ルなどがあげられ、4,4´−ビス(2,3−エポキシ
プロポキシ)ビフェニル、4,4´−ビス(2,3−エ
ポキシプロポキシ)−3,3´,5,5´−テトラメチ
ルビフェニルが特に好ましい。
【0027】また、本発明におけるエポキシ樹脂(a2
 )の好ましい具体例としては、1,5−ジ(2,3−
エポキシプロポキシ)ナフタレン、1,5−ジ(2,3
−エポキシプロポキシ)−7−メチルナフタレン、1,
6−ジ(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレン、1
,6−ジ(2,3−エポキシプロポキシ)−2−メチル
ナフタレン、1,6−ジ(2,3−エポキシプロポキシ
)−8−メチルナフタレン、1,6−ジ(2,3−エポ
キシプロポキシ)−4,8−ジメチルナフタレン、2−
ブロム−1,6−ジ(2,3−エポキシプロポキシ)ナ
フタレン、8−ブロム−1,6−ジ(2,3−エポキシ
プロポキシ)ナフタレン、2,7−ジ(2,3−エポキ
シプロポキシ)ナフタレンなどがあげられ、1,5−ジ
(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレン、1,6−
ジ(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレン、2,7
−ジ(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレンが特に
好ましい。
【0028】エポキシ樹脂(A)中に含有されるエポキ
シ樹脂(a1 )、(a2 )の割合に関しては特に制
限はないが、より十分な効果を発揮させるためには、エ
ポキシ樹脂(a1 )、(a2 )の少なくとも一方を
エポキシ樹脂(A)中に30重量%以上含有せしめるこ
とが好ましい。
【0029】本発明において、エポキシ樹脂(A)の配
合量は通常4〜20重量%、好ましくは5〜15重量%
である。
【0030】本発明におけるフェノール系硬化剤(B)
は式(I)
【0031】
【化9】
【0032】(ただし、R1 〜R4 は水素原子、C
1 〜C4 の低級アルキル基から選ばれ、すべてが同
一である必要はない。)で表されるフェノール系化合物
(b)を硬化剤(B)中に50重量%以上含有する必要
がある。 硬化剤中でのフェノール系化合物(b)の含有量が50
重量%より少ない場合は半田付け工程におけるクラック
の発生防止効果が十分には得られない。
【0033】例えば、従来から半導体封止樹脂に使用さ
れているフェノールノボラック樹脂には式(IV)
【0
034】
【化10】
【0035】で表される2核体成分が少量含まれている
が、軟化点83℃のフェノールノボラック樹脂では15
重量%前後、軟化点95℃のフェノールノボラック樹脂
では10重量%前後しか含まれておらず、この程度の含
有量では半田付け工程におけるクラックの発生防止効果
が十分に得られない。
【0036】本発明におけるフェノール系化合物(b)
の好ましい具体例としてはフェノールノボラック樹脂の
2核体成分、ビスフェノールF、テトラメチルビスフェ
ノールFなどがあげられ、その合計量が50重量%以上
であれば2種以上の物を同時に用いてもかまわない。
【0037】また、本発明におけるフェノール系硬化剤
(B)は、上記フェノール系化合物(b)を硬化剤(B
)中に50重量%以上含有していれば残りはエポキシ樹
脂と反応して硬化させるものであれば特に限定されない
が、好ましい具体例としてはフェノールノボラック樹脂
、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAやレゾ
ルシンとホルムアルデヒドとを反応させた各種ノボラッ
ク樹脂などがあげられる。
【0038】本発明において、フェノール系硬化剤(B
)の配合量は通常2〜10重量%、好ましくは3〜9重
量%である。さらには、エポキシ樹脂(A)とフェノー
ル系硬化剤(B)の配合比は、機械的性質や耐湿性の点
から水酸基/エポキシ基の化学当量比が0.7〜1.3
の範囲にあることが好ましく、特に0.8〜1.2の範
囲にあることが好ましい。
【0039】また、本発明においてエポキシ樹脂(A)
とフェノール系硬化剤(B)の硬化反応を促進するため
硬化触媒を用いてもよい。硬化触媒は硬化反応を促進す
るものならば特に限定されず、たとえば2−メチルイミ
ダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−
4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾー
ルなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベン
ジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミ
ン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン
−7などの3級アミン化合物、トリフェニルホスフィン
、トリブチルホスフィン、トリ(p−メチルフェニル)
ホスフィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィン、トリ
フェニルホスフィン・トリフェニルボレート、テトラフ
ェニルホスフィン・テトラフェニルボレートなどの有機
ホスフィン化合物があげられる。なかでも耐湿性の点か
ら、有機ホスフィン化合物が好ましく、トリフェニルホ
スフィンが特に好ましく用いられる。
【0040】これらの硬化触媒は用途によっては二種以
上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂(A)
100重量部に対して0.5〜5重量部の範囲が好まし
い。本発明における溶融シリカ(C)は平均粒径10μ
m以下の破砕状溶融シリカ97〜60重量%と平均粒径
4μm以下の球状溶融シリカ3〜40重量%とからなり
、球状溶融シリカの平均粒径が破砕状溶融シリカの平均
粒径より小さいものである。ここで平均粒径は累積重量
50%になる粒径(メジアン径)を意味し、たとえばレ
ーザー回析式粒度分布測定装置などを用いて測定された
値である。
【0041】破砕状溶融シリカの平均粒径は10μmを
越えると半田耐熱性が不十分になり、10μm以下であ
れば特に制限を加えるものではないが、半田耐熱性の点
から3μm以上、10μm以下のものが好ましく用いら
れ、3μm以上、7μm未満が特に好ましく用いられる
。ここで、破砕状溶融シリカは平均粒径が10μm以下
になれば平均粒径が異なる2種類以上のものを併用して
もよい。
【0042】また、球状溶融シリカの平均粒径は4μm
を越えると半田耐熱性が不十分になり、4μm以下であ
れば特に制限を加えるものではないが、半田耐熱性の点
から0.01μm以上、4μm以下のものが特に好まし
く用いられる。ここで、球状溶融シリカは平均粒径が4
μm以下になれば平均粒径が異なる2種類以上のものを
併用してもよい。
【0043】本発明における溶融シリカ(C)において
は、球状溶融シリカの平均粒径が破砕状溶融シリカの平
均粒径より小さいことが重要である。球状溶融シリカの
平均粒径が破砕状溶融シリカの平均粒径より大きくなる
と半田耐熱性が大きく低下する。球状溶融シリカの平均
粒径は破砕状溶融シリカの平均粒径より小さければよい
が、好ましくは球状溶融シリカの平均粒径が破砕状溶融
シリカの平均粒径の2/3以下であり、特に好ましくは
1/2以下である。
【0044】さらに、破砕状溶融シリカと球状溶融シリ
カとの重量比が上記の範囲に無い場合は半田耐熱性に優
れた硬化物が得られない。
【0045】本発明において溶融シリカ(C)を含む無
機充填材の割合は組成物全体の中の75〜90重量%で
あり、さらに好ましくは75〜87重量%である。無機
充填材の組成物全体に対する割合が上記の範囲に無い場
合は半田耐熱性に優れた硬化物が得られない。
【0046】無機充填材中に含まれる溶融シリカ(C)
の割合に関しては特に制限はないが、より十分な効果を
発揮させるためには、溶融シリカ(C)を無機充填材中
に通常80重量%以上、好ましくは90重量%以上含有
せしめることが好ましい。
【0047】また、本発明における無機充填材は、上記
溶融シリカ(C)を無機充填材中に80重量%以上含有
していれば残りは特に限定されないが、好ましい具体例
としては結晶性シリカ、アルミナ、マグネシア、クレー
、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチ
モン、各種セラミックスなどがあげられる。
【0048】本発明において、溶融シリカ(C)を含む
無機充填材をシランカップリング剤、チタネートカップ
リング剤などのカップリング剤であらかじめ表面処理す
ることが耐湿信頼性の点で好ましい。カップリング剤と
してエポキシシラン、アミノシラン、メルカプトシラン
などのシランカップリング剤が好ましく用いられる。
【0049】本発明のエポキシ樹脂組成物にはハロゲン
化エポキシ樹脂、ハロゲン化合物、リン化合物などの難
燃剤、三酸化アンチモンなどの難燃助剤、カーボンブラ
ックなどの着色剤、シリコーンゴム、変性ニトリルゴム
、変性ポリブタジエンゴム、変性シリコーンオイルなど
のエラストマー、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、長
鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル
、パラフィンワックス、変性シリコーンオイルなどの離
型剤を任意に添加することができる。
【0050】本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練す
ることが好ましく、たとえばニーダー、ロール、単軸も
しくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公知の混練
方法を用いて溶融混練することにより、製造される。
【0051】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。
【0052】実施例1〜12、比較例1〜8表1に示し
た配合物を、表2(実施例1〜12)および表3(比較
例1〜8)に示した組成比でミキサ−を用いてブレンド
した。これを、バレル設定温度90℃の二軸の押出機を
用いて溶融混練後、冷却・粉砕してエポキシ樹脂組成物
を製造した。
【0053】
【表1】
【0054】
【表2】
【0055】
【表3】
【0056】このエポキシ樹脂組成物を用い、以下に示
した半田耐熱性試験を行った。
【0057】半田耐熱性試験:80pinQFPデバイ
ス(パッケージサイズ:17×17×1.7mm、チッ
プサイズ:9×9×0.5mm)を低圧トランスファー
成形機を用いて175℃×120秒の条件で成形し、1
75℃で12時間硬化した。このテストデバイス16個
を85℃/85%RH雰囲気下で所定の時間加湿した後
、215℃に加熱したVPS(ベーパー・フェーズ・ソ
ルダー・リフロー)浴に90秒間浸漬してクラックの発
生したデバイスを不良とした。
【0058】また、加湿後のテストデバイスをVPS浴
に代えて260℃に加熱した半田浴に10秒間浸漬する
試験も合わせて行った。
【0059】表4に示したように、本発明のエポキシ樹
脂組成物(実施例1〜12)は半田耐熱性に優れている
。これに対して表5に示したように、無機充填材の全体
に対する割合が本発明の範囲より少ない比較例1では半
田耐熱性が悪い。また、フェノール系化合物(b)の含
有量が本発明の範囲外である比較例2では半田耐熱性が
悪く、さらに比較例6では溶融混練時のトルクが高くな
るために良好な組成物が得られず評価するにも至らなか
った。また、球状溶融シリカの溶融シリカ(C)中での
割合が本発明の範囲を外れる比較例3および比較例8、
破砕状溶融シリカ、球状溶融シリカの平均粒径がそれぞ
れ本発明の範囲を外れる比較例4および比較例5、球状
溶融シリカの平均粒径が破砕状溶融シリカの平均粒径よ
り大きい比較例7ではいずれも半田耐熱性が悪い。
【0060】
【表4】
【0061】
【表5】
【0062】また、表6に見られるように本発明のエポ
キシ樹脂組成物にさらにエポキシ樹脂(a1 ) およ
び(a2 )の少なくとも一方を含有させることによっ
て、半田耐熱性はさらに一段と向上する。
【0063】
【表6】
【0064】
【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定の
硬化剤と特定の粒径、形状の組み合わせからなる溶融シ
リカとを使用したことによって、半導体封止用として優
れた半田耐熱性を有する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  エポキシ樹脂(A)、フェノール系硬
    化剤(B)、溶融シリカ(C)とを必須成分として含有
    してなる樹脂組成物であって、前記フェノール系硬化剤
    (B)が式(I) 【化1】 (ただし、R1 〜R4 は水素原子、C1 〜C4 
    の低級アルキル基から選ばれ、すべてが同一である必要
    はない。)で表されるフェノール系化合物(b)を硬化
    剤(B)中に50重量%以上含有するとともに、前記溶
    融シリカ(C)が平均粒径10μm以下の破砕状溶融シ
    リカ97〜60重量%と平均粒径4μm以下の球状溶融
    シリカ3〜40重量%からなり、球状溶融シリカの平均
    粒径が破砕状溶融シリカの平均粒径より小さく、かつ溶
    融シリカ(C)を含む無機充填材の割合が全体の75〜
    90重量%であるエポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】  前記エポキシ樹脂(A)が式(II)
    【化2】 (ただし、R5 〜R12は水素原子、C1 〜C4 
    の低級アルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、すべ
    てが同一である必要はない。)で表されるエポキシ樹脂
      (a1 )、および、式(III) 【化3】 (ただし、R13〜R20のうち2つは2,3−エポキ
    シプロポキシ基であり、残りは水素原子、C1 〜C4
     の低級アルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、す
    べてが同一である必要はない。)で表されるエポキシ樹
    脂(a2 )の、少なくとも一方を必須成分として含有
    する請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
JP9751991A 1991-04-26 1991-04-26 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 Pending JPH04325516A (ja)

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