JPH10114853A - 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置及びその製造方法

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JPH10114853A
JPH10114853A JP9225987A JP22598797A JPH10114853A JP H10114853 A JPH10114853 A JP H10114853A JP 9225987 A JP9225987 A JP 9225987A JP 22598797 A JP22598797 A JP 22598797A JP H10114853 A JPH10114853 A JP H10114853A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は成形性と難燃性を従来通り維持
させながら、高温放置特性及び耐湿性等の各種信頼性に
おいて優れた特性を有する樹脂封止型半導体装置とその
製造方法を提供することにある。 【解決手段】該樹脂組成物が臭素系有機化合物,リン系
有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1種
類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩からなるエポ
キシ樹脂組成物であることを特徴とする樹脂封止型半導
体装置。 【効果】本発明によって得られた樹脂封止型半導体装置
は、ホウ素化合物によるハロゲンまたはリンなどの脱離
ガス成分の発生抑制またはトラップ効果により耐湿信頼
性及び高温放置信頼性が格段に飛躍する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、臭素系有機化合
物,リン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少な
くとも1種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を
含有する熱硬化性樹脂組成物によって封止することによ
り、成形性を低下させないで高温放置信頼性及び耐湿信
頼性を大幅に改良した樹脂封止型半導体装置とその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】トランジスタ,IC,LSI等の半導体
装置は、量産性の点からプラスチックパッケージを用い
た樹脂封止が主流となっている。半導体封止材料として
は特にエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤を配合した
組成物が、成形性,吸湿特性及び接着性の点でバランス
がとれ、信頼性に優れるため用いられている。この半導
体封止材料には難燃性を付与するため、一般に臭素化エ
ポキシ樹脂または臭素化フェノール樹脂等の臭素化有機
化合物と、難燃助剤としてアンチモン化合物が配合され
ている。
【0003】封止材料に含まれる臭素化有機化合物とア
ンチモン化合物は従来から半導体装置の各種信頼性に悪
影響を与えることが知られている。半導体素子のアルミ
配線パッドと金ワイヤとの接合部分は高温下において、
臭素系有機化合物中の臭素の脱離によって腐食が促進さ
れ、断線に至る問題がある。特に、自動車のエンジンル
ーム内や高温雰囲気下で用いる電気機器内の半導体装置
ではこの問題が顕著である。また、脱離臭素は塩素ほど
顕著ではないものの、半導体素子のアルミニウム配線の
腐食を促進させるため、半導体装置の耐湿信頼性低下の
原因にもなる。これらの問題は、臭素系有機化合物だけ
に起因するものではなく、難燃助剤であるアンチモンも
誘発原因である。アンチモン化合物は臭素化アンチモン
ガスの発生により、臭素の脱離を促進させる働きがある
ためである。このような理由から、半導体装置の難燃性
と各種信頼性を同時に満足できる半導体封止材料が強く
望まれていた。
【0004】半導体装置の信頼性を向上させるには、こ
れまで高温高湿下での臭素の脱離を極力抑えること、脱
離臭素をトラップすること、非ハロゲン系難燃化手法の
採用が提案されてきた。
【0005】高温高湿下での臭素の脱離を抑える方法と
しては、熱安定性の高い臭素化エポキシ樹脂が提案され
ており、特開平5−320319 号にはメタ位に臭素が配位し
た臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂を有する封止
材が記載されている。また、特開平4−48759号や特開平
6−53789号に記載されているような無機ハイドロタルサ
イト系のイオントラッパー剤の配合が行われている。非
ハロゲン系難燃化手法としては、特開平7−157542号と
特開平7−173372号に記載されている赤リン系難燃剤単
独や特開平6−107914 号記載のホウ素化合物単独の配合
が開示されている。さらに、特開平7−331033号と特開
平8−151505号にはフェノール樹脂,リンまたは赤リ
ン,窒素,ホウ素化合物,金属水和物から選ばれたノン
ハロゲン系難燃剤の2種以上の併用系が記載されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は半導体
装置の信頼性向上に対して若干の効果はあるものの、種
々の点でまだ改良すべき点がある。熱安定性の高い臭素
化エポキシ樹脂は樹脂単独では熱分解温度が高くなる
が、封止材料に配合すると特性が他材料に影響されるた
め、熱分解温度の向上がほとんど期待できない。そのた
め、信頼性向上の効果がほとんど現われてこない。イオ
ントラッパー剤の配合は臭素補足能力として種々の点で
限界がある。イオントラッパー剤の配合量を多くするこ
とは、臭素補足効果を上げるどころか、逆に低下させる
結果になる。さらに、封止材料の成形性の低下や吸湿率
の大幅な増加の原因ともなる。非ハロゲン系難燃剤によ
り難燃性規格を満たすためには、この難燃剤の配合量を
従来の臭素/アンチモン系と比べ、はるかに多くする必
要がある。これは、封止材料の成形性及び接着性低下と
吸湿率増加を招き、半導体装置の信頼性向上に対しては
逆効果となる。また、前記の非ハロゲン系難燃剤の2種
以上の併用系を有する樹脂組成物においても非ハロゲン
系難燃剤の配合量を多くしなければならず、半導体装置
用として必要な特性である低熱膨張性,低吸湿性、並び
に高接着性を達成することが困難である。そのため、現
状では積層板や電気部品の絶縁材料に用途が限定されて
いるか、あるいは適用樹脂がシリコーン樹脂に限られて
いる。難燃剤として赤リンを用いる場合は、その配合量
を他の難燃剤より少なくできるが、材料混練時の発火の
恐れや封止材料の吸湿が大きくなる。そのため、赤リン
の無機材料による被覆などが行われているが、これらの
問題はまだ完全に改善されていない。
【0007】以上の理由から、半導体装置の高温放置信
頼性と耐湿信頼性を上げる方法は従来から示されている
が、大きな効果をあげるには至っていない。
【0008】本発明はこのような状況にかんがみてなさ
れたものであり、その目的とするところは、成形性と難
燃性を従来通り維持させながら、かつ高温放置特性並び
に耐湿性等の各種信頼性において優れた特性を有する樹
脂封止型半導体装置とその製造方法を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者等は、難燃化剤として臭素系有機化合物,
リン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくと
も1種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を用い
ることにより、半導体装置の各種信頼性を大幅に向上で
きることを見い出し本発明に至った。本発明は、有機化
合物系難燃剤単独が有する欠点とホウ酸金属塩単独が有
する欠点をそれぞれ相補うために、これらを併用するこ
とが特徴である。臭素系有機化合物,リン系有機化合
物,窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる
有機化合物単独系は難燃性を付与できるものの、高温高
湿下でアルミニウム配線や金ワイヤとアルミ配線パッド
の接合部分の腐食を促進させる脱離低分子成分、例えば
臭素やリンの影響が大きくなる。ホウ酸金属塩単独系で
は難燃性を付与するために、配合量が多くなることが避
けられず、封止材料の成形性と吸湿特性の大幅な低下が
ある。本発明では、ホウ酸金属塩が有害性が少なく難燃
効果を有するだけではなく、封止材の熱分解による低分
子成分の脱離を抑制するという新しい特徴を有すること
が分かった。そのため、ホウ酸金属塩は難燃剤としてだ
けではなく、封止材の熱分解を抑制する役割も果たすこ
とができる。
【0010】すなわち、本発明の樹脂封止型半導体装置
は、臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び窒素系有
機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機化合物並
びにホウ酸金属塩を含有したことを特徴とする熱硬化性
樹脂組成物によって半導体素子を封止したものである。
さらに該有機化合物は熱硬化性樹脂と均一に相溶し、該
ホウ酸金属塩は熱硬化性樹脂組成物に粒子として均一分
散している。本発明の樹脂封止型半導体装置を封止する
熱硬化性樹脂組成物の硬化物は、線膨張係数が0.6〜
2.5×10-5、ガラス転移温度が110℃以上、飽和
吸湿率が85℃85%RHの条件で0.8wt% 以下及
び難燃性がUL−94規格のV−0の特性を有する。
【0011】さらに、本発明は前記熱硬化性樹脂組成物
の中でも、特性,信頼性及び取扱い易さの点から特にエ
ポキシ樹脂組成物が好適であり、少なくとも(A)エポ
キシ樹脂,(B)フェノール樹脂硬化剤,(C)硬化促
進剤,(D)臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び
窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機
化合物,(E)ホウ酸金属塩,(F)無機充填剤を含む
エポキシ樹脂組成物が好ましい。
【0012】本発明において用いる有機化合物系難燃化
剤としては、臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び
窒素系有機化合物の中から選ばれるものであり、これら
を単独または2種以上を併用して用いることができる。
臭素系有機化合物としては、耐熱性と安全性の点から、
臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂,臭素化ノボラ
ックフェノール型エポキシ樹脂等の臭素化エポキシ樹脂
並びに臭素化ノボラック型フェノール樹脂等のフェノー
ル樹脂硬化剤が好適である。
【0013】リン系有機化合物としては、熱安定性と難
燃性の点から、下記(1)の構造及び芳香環を有するも
のが好適であり、
【0014】トリフェニルホスフィンオキサイド,リン
酸エステル,リン含有エポキシ樹脂、フェノール性水酸
基を有するリン化合物,ホスファゼンの中の少なくとも
1種類を用いることができる。
【0015】窒素系有機化合物としては、窒素原子を有
するヘテロ環またはベンゼン環などの芳香環を含有する
化合物が熱安定性と難燃性の効果を大きくできることか
ら好ましく、メラミン樹脂,窒素原子とベンゼン環を含
有するエポキシ樹脂,熱硬化性のポリイミド樹脂等の少
なくとも1種類を用いることができる。この中で、熱硬
化性のポリイミド樹脂は耐熱性に優れるため、エポキシ
樹脂組成物に配合すれば耐熱性付与成分としての効果も
期待できる。これらの難燃剤は配合量を極力低減できる
ように、エポキシ樹脂と完全に相溶し、分子レベルで均
一に配合できることが特徴である。本発明においては、
臭素化有機化合物,リン系有機化合物及び窒素系有機化
合物の中で、臭素化エポキシ樹脂と臭素化フェノール樹
脂が従来の半導体用封止材料としての成形性と信頼性に
おいて使用実績があるため、特に好適であるが、リン系
有機化合物または窒素系有機化合物においても、本発明
のエポキシ樹脂と反応できる官能基を有するリンまたは
窒素含有エポキシ樹脂やメラミンを用いることによっ
て、成形時の硬化性と熱安定性の点で優れ、封止材料と
しての特性を十分満足できる組成物を得ることができ
る。
【0016】本発明において用いる前記の臭素系有機化
合物,リン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少
なくとも1種類からなる有機化合物は、臭素,リン及び
窒素の少なくとも1種類の元素含有量がホウ酸金属塩及
び無機充填剤を除く全樹脂量に対して0.35〜10重
量%、より好ましくは0.4〜7重量%になるように配
合する。前記有機化合物は樹脂中に均一に分散すること
により難燃性を付与するものである。さらに、樹脂組成
物の難燃性は樹脂中に含まれる臭素,リン及び窒素の少
なくとも1種類の元素の含有量によって決まるため、こ
れら各元素の配合量をホウ酸金属塩及び無機充填剤を除
く全樹脂量に対して規定することに本発明の特徴があ
る。前記有機化合物を用いる場合、臭素,リン及び窒素
の少なくとも1種類の元素含有量がホウ酸金属塩及び無
機充填剤を除く全樹脂量に対して0.35重量%未満では、
難燃性の規格UL−94のV−0を達成できなくなる。
全樹脂組成物量に対して10重量%を超えるとホウ酸金
属塩を併用しても、高温高湿下での低分子量成分発生の
抑制効果が不十分となり、特性の向上が困難になる。こ
れらはすべて、半導体装置の信頼性低下の原因となる。
【0017】本発明において、前記有機化合物と併用す
るホウ酸金属塩は、180℃以上温度で結晶水を放出す
るか、熱分解によって水を放出するものであればよく、
例えば、ホウ砂、またはホウ酸亜鉛,ホウ酸アルミニウ
ム,ホウ酸マグネシウム等のホウ酸金属塩等が挙げられ
る。これらの中では、結晶水の放出温度が200℃以上
であり、かつ低分子ガスの補足能力のあるホウ酸亜鉛が
特に好適である。結晶水の放出温度が200℃以上であ
れば、封止材料の成形温度(160℃〜200℃)でボ
イド発生の恐れがなくなるためである。または、これら
ホウ酸金属塩は単独でまたは、結晶水放出温度の異なる
ものを2種以上併用することもできる。ホウ素化合物の
粒子径は、平均粒径が20μm以下、最大粒径が100
μm以下が好ましく、特に平均粒径が10μm以下、最
大粒径が50μm以下が好適である。ここで、平均粒径
とは累積重量で50重量%における粒径のことを意味す
る。
【0018】本発明において用いる前記のホウ酸金属塩
は、封止材の成形性,信頼性,難燃性などの全ての特性
のバランスを考慮して、前記臭素系有機化合物,リン系
有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1種
類からなる有機化合物中に含まれる臭素,リン及び窒素
の少なくとも1種類の元素含有量に応じてその配合量を
決めることができる。配合量としては無機充填剤を含む
全樹脂組成物量に対して1.5 〜15重量%が好まし
い。ホウ酸金属塩の配合量が全樹脂組成物量に対して
1.5 重量%未満では半導体装置の信頼性向上に対して
ほとんど効果がない。さらに、難燃性付与のために前期
の有機化合物の配合量を多くする必要があるため、かえ
って半導体装置の信頼性低下を招く。一方、前期ホウ酸
金属塩の配合量が全樹脂組成物量に対して15重量%を
超えると、封止材料としての成形性の低下及び接着力低
下並びに吸湿率増加が顕著になり好ましくない。本発明
のホウ酸金属塩は、難燃効果と熱分解時の低分子成分発
生抑制効果の両者を最大限に発揮させるため、封止用エ
ポキシ樹脂組成物の加熱硬化物において、他の無機充填
剤と同様に粒子として均一に分散することが特徴であ
る。
【0019】本発明においては、臭素系有機化合物,リ
ン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも
1種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を含むエ
ポキシ樹脂組成物の抽出液特性が半導体装置の耐湿性向
上に寄与しており、特にアルミ配線の腐食及び孔食に対
して大きな抑制効果を有する。前記エポキシ樹脂組成物
の抽出液特性は、エポキシ樹脂組成物を10倍量の純水
で希釈し、120℃で40時間放置した後の抽出液の電
気伝導度とpHである。電気伝導度はエポキシ樹脂組成
物の純度を表わす尺度であり、従来の半導体装置用封止
材の抽出液と同様に前記の抽出条件において150μS
/cm以下であることが必要である。本発明においては、
抽出液のpHが従来のエポキシ樹脂組成物系封止材の抽
出液pHと比べて、より中性側となっており、5.0〜
7.5の範囲にあることが特徴である。これらのpH領
域がアルミパッド並びにアルミ配線の腐食,孔触に対し
て従来よりも大きな抑制効果を有する。
【0020】本発明における半導体装置用エポキシ樹脂
組成物では、成形性と信頼性の点から(A)エポキシ樹
脂,(B)フェノール樹脂硬化剤,(C)硬化促進剤、
(D)臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び窒素系有
機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機化合物,
(E)ホウ酸金属塩及び(F)無機充填剤は必須である
が、この他に可とう化剤,カップリング剤,離型剤,着
色剤などの各種添加剤から構成される。
【0021】本発明で用いるエポキシ樹脂としては半導
体封止材料で通常使用されているエポキシ樹脂、例え
ば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂,クレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂やビスフェノールA,ビスフ
ェノールF、及びビスフェノールS型エポキシ樹脂等の
ビスフェノール型エポキシ樹脂,フェノールまたはクレ
ゾールベースの3官能以上の多官能エポキシ樹脂,ビフ
ェニル骨格,ナフタレン骨格、またはジシクロペンタジ
エン骨格を有する2官能または3官能以上のエポキシ樹
脂等が挙げられるが、これらのエポキシ樹脂を単独また
は2種以上併用して用いることができる。
【0022】フェノール樹脂硬化剤においても半導体封
止材料で通常用いられている樹脂硬化剤、例えば、フェ
ノールノボラック樹脂,クレゾールノボラック樹脂,フ
ェノールまたはクレゾールベースの3官能型樹脂硬化
剤,フェノールとアラルキルエーテル重縮合物による樹
脂硬化剤,ナフタレン骨格、またはジシクロペンタジエ
ン骨格を有するフェノール樹脂硬化剤を単独または2種
以上併用して用いることができる。
【0023】硬化促進剤としては、トリフェニルホスフ
ィン,アルキル基またはアルコキシ基核置換トリフェニ
ルホスフィン,テトラフェニルホスフィンテトラフェニ
ルボレート等の含リン有機塩基性化合物またはこれらの
テトラ置換ボロン塩,トリエチレンジアミン,ベンジル
メチルアミンなどの3級アミン、1,8−ジアザビシク
ロ(5,4,0)ーウンデセン,イミダゾール等の少な
くとも1種類が挙げられる。
【0024】本発明の半導体封止用として用いる樹脂組
成物において、フェノール樹脂硬化剤の配合はエポキシ
樹脂に対して0.5〜1.5当量が望ましい。硬化剤の配
合量がエポキシ樹脂に対して0.5 当量未満であると、
エポキシ樹脂の硬化が完全に行われないため、硬化物の
耐熱性,耐湿性並びに電気特性が劣り、1.5 当量を超
えると、逆に樹脂硬化後も硬化剤が有する水酸基が多量
に残るために電気特性並びに耐湿性が低下する。
【0025】本発明において樹脂封止型半導体装置用と
して用いる樹脂組成物には、無機充填剤を配合する。無
機充填剤は硬化物の熱膨張係数や熱伝導率等の改良を目
的に添加するものである。無機充填剤としては種々の化
合物が挙げられるが、電子部品には熱化学的に安定な充
填剤を用いることが重要であり、具体的には溶融シリ
カ,結晶性シリカ,アルミナ,アルミニウムナイトライ
ド及びシリコンナイトライドから選ばれる少なくとも1
種の無機粒子が望ましい。これらの充填剤の平均粒径は
1〜30μmの範囲が望ましく、平均粒径が1μm未満
では樹脂組成物の粘度が上昇して流動性が著しく低下
し、30μmを超えると成形時に樹脂成分と充填剤の分
離が起きやすく硬化物が不均一になるため硬化物物性に
ばらつきが生じたり、狭い隙間への充填性が悪くなる。
無機充填剤の形状としては球形または角形があるが、そ
れらを単独でまたは併用して用いることができる。
【0026】さらに、本発明ではこの他必要に応じて、
樹脂組成物として硬化物の強靭性化や低弾性率化のため
の可とう化剤を用いることができる。可とう化剤の配合
量は全樹脂組成物に対して2〜20重量%であることが
好ましい。可とう化剤の配合量が2重量%未満では硬化
物の強靭性化や低弾性率化に対してほとんど効果がな
く、20重量%を超えると樹脂組成物の流動性が極端に
悪くなったり、可とう化剤が成形時に樹脂組成物表面に
浮き出ることによって、成形金型の汚れが顕著になる。
可とう化剤としてはエポキシ樹脂組成物と非相溶のもの
がガラス転移温度を下げずに硬化物の低弾性率化ができ
ることから、ブタジエン・アクリロニトリル系共重合体
やそれらの末端または側鎖アミノ基,エポキシ基,カル
ボキシル基変性共重合体やアクリロニトリル・ブタジエ
ン・スチレン共重合体等のブタジエン系可とう化剤や末
端または側鎖アミノ基,水酸基,エポキシ基,カルボキ
シル基変性シリコーン系可とう化剤等が用いられるが、
耐熱性,耐湿性並びに高純の点から、シリコーン系可と
う化剤が特に有用である。
【0027】本発明の樹脂封止型半導体装置に用いる樹
脂組成物にはこの他必要に応じ、樹脂組成物と充填剤の
接着性を高めるためのエポキシシラン,アミノシランな
どのカップリング剤,着色のための染料や顔料,硬化物
の金型からの離型性を改良するための離型剤等の各種添
加剤を発明の目的を損なわない範囲において用いること
ができる。
【0028】以上のような原材料を用いて半導体封止材
料を作成する一般的な方法としては、所定配合量の原材
料混合物を十分混合した後、熱ロールや押し出し機等に
よって混練し、冷却,粉砕することによって封止材料を
得ることができる。このようにして得られた封止材料を
用いて半導体素子を封止する方法としては、低圧トラン
スファ成形法が通常用いられるが、場合によっては、イ
ンジェクション成形,圧縮成形,注型等の方法によって
も可能である。
【0029】本発明の臭素系有機化合物,リン系有機化
合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類から
なる有機化合物並びにホウ酸金属塩からなるエポキシ樹
脂組成物で封止された半導体装置は、難燃性並びに温度
サイクル性(−55℃⇔150℃、1サイクル条件で10
00サイクル以上),耐湿性(65℃/95%RHで1
00時間以上),耐はんだリフロー性(85℃/85%
RH/48時間以上放置でクラック無し)、高温放置
(少なくとも175℃2000時間以上、特に200℃
1000時間以上で導通不良無し)などの各種信頼性の
目標を満足させるため、樹脂硬化物の特性として線膨張
係数が0.6〜2.5×10-5、ガラス転移温度が110
℃以上、飽和吸湿率が85℃85%RHの条件で0.8
wt% 以下及び難燃性がUL−94規格のV−0の特
性を有することを特徴とする。
【0030】本発明の半導体装置は、封止材中にホウ酸
金属塩を含有するため、特に高温放置特性が優れてお
り、空気中200℃で1ボルトの低電圧を印下したまま
1000時間放置した時に、アルミパッド/金ワイヤ接合部
の腐食によってリードまたは半田ボールなどの外部端子
の電気的導通がとれなくなるという不良率が0.1% 未
満であることを特徴とする。この条件は従来の半導体装
置の高温動作保証温度である150℃は言うに及ばず、
自動車用途としても対応できる175℃の保証が可能と
なる。
【0031】次に本発明の前記有機化合物とホウ酸金属
塩を含有するエポキシ樹脂組成物によって封止して得ら
れる各種の樹脂封止型半導体装置の製造方法を説明す
る。本発明の第1の製造方法に基づく工程は図1に示す
ように、(a)半導体素子をリードフレームのダイパッ
ド上にAg入りエポキシ接着剤や接着フィルム等の有機
接着剤または鉛/錫はんだを用いて加熱硬化または溶融
させて半導体素子を搭載する工程,(b)金線ワイヤで
半導体素子とインナーリードを接合する工程,(c)金
型を挿入して前記臭素系有機化合物,リン系有機化合物
及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる
有機化合物並びにホウ酸金属塩を含有するエポキシ樹脂
組成物を用いてトランスファ成形機で175℃90秒間
加圧成形によってモールド後、175℃5時間で後硬化
を行う工程、(d)バリ取り工程,外装工程を経た後、
リードフレームのトリミング工程とフォーミング工程を
含む。このように、(a)〜(d)の工程を通過して樹
脂封止型半導体装置を得る。
【0032】本発明の第2の製造方法に基づく工程は図
2に示すようにリードオンチップ方式の樹脂封止型半導
体装置を得るためのものである。(a)有機フィルム接
着剤をあらかじめ貼り合わせたリードフレームを用い
て、半導体素子と加熱溶融硬化して接着する工程,
(b)金線ワイヤで半導体素子の電極とインナーリード
を接合する工程,(c)金型に挿入して前記臭素系有機
化合物,リン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の
少なくとも1種類からなる有機化合物とホウ酸金属塩を
含有するエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファ成形
機で175℃90秒間加圧成形によってモールド後、1
75℃5時間で後硬化を行う工程を含む。封止,後硬化
後の半導体装置は図1の製造方法で説明した同じ(d)
の工程を経て樹脂封止型半導体装置を得ることができ
る。
【0033】本発明の第3の製造方法に基づく工程は図
3に示すようにボールグリッドアレイの樹脂封止型半導
体装置を得るためのものである。(a)単層または多層
プリント配線基板の片側に半導体素子の搭載面を形成
し、その裏側にハンダボールグリッドアレイ等の外部端
子用実層面を形成する工程,(b)回路パターンを有す
る樹脂基板の上面に半導体素子の非能動面をエポキシ樹
脂接着剤を用いて接着して半導体素子を搭載する工程,
(c)半導体素子の能動面上の電極を樹脂基板の配線パ
ターンとワイヤボンデイングして電気的な接続をとる工
程,(d)前記半導体素子を前記臭素系有機化合物,リ
ン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも
1種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を含有す
るエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファ成形機で1
75℃90秒間加圧成形によって基板上面のモールドと
175℃5時間の後硬化を行う工程,(e)樹脂基板の
底面に外部端子を設ける工程から成る。
【0034】本発明の第4の製造方法に基づく工程は図
4に示すようにチップサイズの樹脂封止型半導体装置を
得るためのものである。(a)ポリイミド配線テープの
上面に半導体素子の非能動面を絶縁性の低弾性接着剤ま
たはフィルムを用いて接着して搭載する工程,(b)半
導体素子の能動面上の電極をポリイミド配線テープの配
線パターンとワイヤボンデイングして電気的な接続をと
る工程,(c)前記半導体素子を前記臭素系有機化合物,
リン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくと
も1種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を含有
するエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファ成形機で
175℃90秒間加圧成形によってポリイミド配線テー
プ上面のモールドと175℃5時間の後硬化を行う工
程,(d)ポリイミド配線テープの底面に半田ボールな
どの外部端子を設ける工程を含む。本発明の樹脂封止型
半導体装置は臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び
窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機
化合物並びにホウ酸金属塩を同時に含有する封止材で半
導体素子を封止したもので、封止材の成形性,接着性,
吸湿性等の諸特性を低下させずに難燃性を維持し、しか
も信頼性に影響を与える低分子ガス成分やイオン成分の
発生の低減または補足ができるため、耐湿性並びに高温
放置特性などの各種の信頼性が向上する。これは、ホウ
酸金属塩が難燃剤としてだけでなく、低分子ガス成分や
イオン成分の発生の低減剤または補足剤として有効に働
くためである。
【0035】本発明によるエポキシ樹脂組成物で封止し
た樹脂封止型半導体装置は難燃剤としてアンチモン化合
物の代わりにホウ酸金属塩を含むため、火災時の耐発煙
性が優れるとともに毒性ガス発生の問題もなく、半導体
装置としての信頼性向上の他に、取扱性と安全性におい
ても優れるという特徴を有する。
【0036】
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に従
い具体的に説明する。
【0037】実施例1〜12,比較例1〜7 下記に示すエポキシ樹脂,フェノール樹脂硬化剤,有機
化合物系難燃剤,ホウ酸金属塩,シリコーン可とう化
剤、並びに無機充填剤として平均粒径5μmの角形また
は球形の溶融シリカと平均粒径30μmの球形の溶融シ
リカの30/70の混合品,カップリング剤としてエポ
キシシラン,離型剤としてモンタン酸エステルロウ,着
色剤としてカーボンブラックを用い、表1に示す配合割
合で成形材料を作成した。なお、参考例1では難燃剤と
して臭素化エポキシ樹脂と難燃助剤として三酸化アンチ
モンを用いた。各素材の混練には直径20インチの二軸
ロールを用い、ロール表面温度約55〜90℃で約10
分間の混練を行った。
【0038】 エポキシ樹脂 エポキシ当量 軟化点(℃) (A)オルソクレゾールノボラック型 195 65 エポキシ樹脂
【0039】
【化1】
【0040】 (B)ビフェニル型エポキシ樹脂 195 107
【0041】
【化2】
【0042】 (C)ジシクロペンタジエン骨格含有 264 62 エポキシ樹脂
【0043】
【化3】
【0044】 フェノール樹脂硬化剤 OH当量 (A)フェノールノボラック樹脂 106
【0045】
【化4】
【0046】 (B)フェノールアラルキル樹脂 172
【0047】
【化5】
【0048】 (C)ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂 161
【0049】
【化6】
【0050】 有機化合物系難燃剤 (A)臭素化ビスフェノールA型 エポキシ当量 軟化点(℃) エポキシ樹脂 375 68
【0051】
【化7】
【0052】 (B)トリフェニルホスフィンオキシド(TPPO) (C)リン酸エステル(融点95℃) (D)ジフェニルホスフィニルヒドロ エポキシ当量 軟化点(℃) キノンとエピクロルヒドリンとの 214 135 反応によるエポキシ樹脂
【0053】
【化8】
【0054】 (E)メラミン樹脂 (F)トリグリシジルイソシアネート エポキシ当量 軟化点(℃) 105 約120℃
【0055】
【化9】
【0056】 (G)2,2−ビス(4−(4−マレイミド 軟化点(℃) フェノキシ)フェニル)プロパン 約95℃ シリコーン可とう化剤 側鎖変性シリコーン樹脂(分子量73600,エポキシ
当量3900) 硬化促進剤 DBU;1,8−ビアザビシクロ(5,4,0)−ウン
デセン TPP;トリフェニルホスフィン 2MZ;2−メチルイミダゾール 表中の各種特性は以下により測定した。
【0057】1.スパイラルフロー:EMMI規格に準
じた金型を用い、180℃,70Kg/cm2 の条件で測定
した。
【0058】2.ガラス転移温度並びに線膨張係数:熱
機械測定装置(Thermo MechanicalAnalyzer:TMA)
を用い、昇温速度2℃/分で測定した。
【0059】3.吸湿率:90mmφ,2mmt の円盤を成
形し、85℃/85%RHの条件で飽和吸湿率を重量変
化から求めた。
【0060】4.接着力:0.03mmtのアルミ箔と成形
材料とのピール強度を引っ張り速度50mm/分で求め
た。
【0061】5.難燃性:UL−94規格に従って測定
した。
【0062】6.抽出液のpH:硬化後のエポキシ樹脂
組成物を粉砕ミルによって微細に粉砕し、粉砕品を10
倍量の純水で希釈して120℃のプレッシャ・クッカ釜
中で40時間放置した後の抽出液をpHメータを用いて
室温で測定した。
【0063】7.臭素,リン及び窒素の樹脂中における
元素含有量:硬化後のエポキシ樹脂組成物を誘導結合プ
ラズマ(ICP)原子発光分析計またはI原子吸光分析
計を用いて各元素の含有量を測定後、ホウ酸亜鉛及び無
機フィラを除く全樹脂量に換算して求めた。ホウ酸亜鉛
及び無機フィラを除く全樹脂量はエポキシ樹脂組成物を
空気中において700℃2時間で焼成した後、焼成残渣
を測定することによって加熱揮発分から求めた。
【0064】
【表1】
【0065】
【表2】
【0066】表1と表2から明らかなように、本発明に
おける半導体装置用樹脂組成物は臭素系有機化合物,リ
ン系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも
1種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を併用す
ることにより、参考例1の臭素系有機化合物難燃剤と3
酸化アンチモンを併用した系と同様に難燃性のUL−9
4規格のV−0を達成することができる。さらに、成形
性並びに硬化物物性においても、従来の半導体装置用樹
脂組成物である比較例1の場合と同等かそれ以上である
ため、半導体装置用の封止材として優れた特性を有する
ことが分かる。参考例2に示すように、ホウ酸金属塩の
配合量が全樹脂組成物に対して1.5 重量%未満になる
と、前記の難燃性の基準に到達することができない。ま
た、有機化合物系難燃剤の配合量が無機充填剤を除く全
樹脂量に対して0.35 重量%未満であっても(参考例
5)、難燃性の規格であるV−0を達成することが出来
ない。一方、比較例3と4に示すように、ホウ酸金属塩
の配合量が全樹脂組成物に対して15重量%を超える
と、難燃性は向上するものの封止材の熱時硬度が大幅に
低下して成形性が悪くなる。さらに、吸湿率の増大や接
着力の低下が顕著になる。
【0067】上記材料を用いて、図1に示すように表面
にアルミニウムのジグザグ配線を形成した半導体素子
(6×6mm)を42アロイ系のリードフレームに搭載
し、さらに半導体素子表面のアルミニウム電極とリード
フレーム間を金線(30μm径)でワイヤボンデイング
した半導体装置(外形20×14mm,厚さ2mm)を封止
し、175℃5時間硬化した。耐温度サイクル性の信頼
性試験はこの樹脂封止型半導体装置を−55℃10分,
150℃10分に放置し、これを1サイクルとし、10
00サイクルでパッケージがクラックしたものをクラッ
ク発生数として調べた。耐湿信頼性は前記の樹脂封止型
半導体装置を65℃/95%RHの条件下、1000時
間放置後、印加バイアス電圧20Vにおいて断線不良が
発生したパッケージの数を不良数として調べた。耐はん
だリフロー性の信頼性試験は前記の樹脂封止型半導体装
置を85℃85%RHの条件下にて48時間放置後、2
40℃の赤外線リフロー炉中で10秒間加熱する試験を
行い、パッケージがクラックしたものをクラック発生数
として調べた。高温放置信頼性試験は前記の樹脂封止型
半導体装置を200℃の高温中に1000時間放置し、
金ワイヤとアルミニウム配線の接合部の接続不良数を印
加バイアス電圧1Vを用い電気的にオープンかどうかで
調べた。これらの結果をまとめて表3と表4に示す。表
中、分母は試料数、分子は不良数である。
【0068】
【表3】
【0069】
【表4】
【0070】表3と表4から明らかなように、本発明に
よる半導体装置は優れた信頼性を有していることが分か
る。これは表1に示したように、本発明による樹脂組成
物が各種信頼性に及ぼす物性値、すなわち線膨張係数,
ガラス転移温度,飽和吸湿率,接着力、並びに抽出液の
pHが所望の値を有しているためである。特に、ホウ酸
金属塩を有する樹脂組成物で半導体素子を封止する本発
明の半導体装置は、200℃/1Vという高温低印加電
圧においても従来(比較例1)と比べて格段に優れた信頼
性を有することが分かる。なお、比較例3は樹脂組成物
の硬化性が極端に悪かったため、半導体装置の成形が不
可能であった。また、比較例6は樹脂組成物中にホウ酸
金属塩を含有するものの、臭素系有機化合物,リン系有
機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類
からなる有機化合物中に含まれる臭素,リン及び窒素の
少なくとも1種類の元素含有量が無機充填剤を除く全樹
脂量に対して10重量%を超えているため、脱離臭素化
合物による影響が大きく高温放置信頼性の低下がみられ
る。ホウ素化合物としてホウ酸を用いた場合も、半導体
装置の信頼性向上に対してほとんど効果のないことが分
かる(比較例7)。表1並びに表3の実施例では、ホウ酸
金属塩として代表的なホウ酸亜鉛を用いた例を示した
が、ホウ酸アルミニウムやホウ砂等の他のホウ酸金属塩
を含有するエポキシ樹脂組成物においてもホウ酸亜鉛の
場合とほぼ同等の硬化物の難燃性及び特性を示す。さら
に、ホウ酸アルミニウムやホウ砂等の他のホウ酸金属塩
を含有するエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置も
ホウ酸亜鉛の場合とほぼ同等の信頼性を得ることができ
る。
【0071】実施例13 表1に示す実施例2の樹脂組成物を用いて、図2に示す
ように表面にアルミニウムのジグザグ配線を形成した半
導体素子(6×6mm)を、両面に接着剤を塗付したポリ
イミドフィルムを貼り合わせた42アロイ系のリードフ
レームと加熱溶融による接着を行い半導体素子上にリー
ドフレームを搭載した後、半導体素子表面のアルミニウ
ム電極とリードフレーム間を金線(30μm径)でワイ
ヤボンデイングした半導体装置(外形16×12mm,厚
さ2.7mm )を封止し175℃5時間硬化した。この樹
脂封止型半導体装置の耐温度サイクル性,耐湿性,耐は
んだリフロー性、並びに高温放置信頼性などの各種信頼
性試験を表3と同様の条件で行った結果、いずれもパッ
ケージのクラックや接続不良は観測されず、優れた信頼
性を有することが分かった。
【0072】
【発明の効果】本発明によって得られた樹脂封止型半導
体装置は、従来のハロゲン及びアンチモン化合物を有す
る樹脂組成物で封止した半導体装置と同等の難燃性を含
有するとともに、ホウ酸金属塩によるハロゲンまたはリ
ンなどの脱離ガス成分の発生抑制またはトラップ効果に
より耐湿信頼性並びに高温放置信頼性が格段に飛躍す
る。さらに、樹脂組成物の流動性,硬化性並びに硬化物
物性を従来の半導体材料とほぼ同等にしているため、成
形において問題なく、しかも温度サイクル性,耐はんだ
リフロー性などの他の各種信頼性においても良好な特性
を示すことができ、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法
を示す断面図で、リードフレームのダイパッド上に搭載
した半導体素子を有機化合物系難燃剤とホウ素化合物を
含有する樹脂組成物で封止する方法である。
【図2】本発明によるリードオンチップ方式の樹脂封止
型半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図3】本発明によるボールグリッドアレイの樹脂封止
型半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図4】本発明によるチップサイズの樹脂封止型半導体
装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】 1…半導体素子、2…ダイパッド、3…インナーリー
ド、4…接着剤、5…金ワイヤ、6…アルミ電極、7…
有機化合物系難燃剤とホウ素化合物を有する封止材、8
…フィルム接着剤、9…プリント配線基板、10…ソル
ダレジスト、11…はんだバンプ、12…ポリイミド配
線テープ、13…銅パッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08K 5/49 C08K 5/49 H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31 (72)発明者 小角 博義 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 永井 晃 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 茂木 亮 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 荻野 雅彦 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 瀬川 正則 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 露野 円丈 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 上野 巧 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中村 篤 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 西村 朝雄 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子を樹脂組成物で封止した半導体
    装置において、樹脂組成物が臭素系有機化合物,リン系
    有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1種
    類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を含有したエ
    ポキシ樹脂組成物であることを特徴とする樹脂封止型半
    導体装置。
  2. 【請求項2】臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び
    窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機
    化合物並びにホウ酸金属塩を含み、10倍量の120℃
    の熱水で40時間加熱抽出した後の抽出液においてpH
    が5.0〜7.5の範囲にあるエポキシ樹脂組成物で半導
    体素子を封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体装
    置。
  3. 【請求項3】臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び
    窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機
    化合物並びにホウ酸金属塩を含むエポキシ樹脂組成物で
    半導体素子を封止した半導体装置であり、該半導体装置
    を200℃の恒温槽中で1ボルトの電圧を印加したまま
    1000時間放置した時にリードまたは半田ボールなど
    の外部端子において電気的な導通がなくなることによっ
    て生じる不良率が0.1%未満であることを特徴とする樹
    脂封止型半導体装置。
  4. 【請求項4】臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び
    窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機
    化合物並びにホウ酸金属塩を含むエポキシ樹脂組成物で
    あり、かつ該エポキシ樹脂組成物の加熱硬化物の線膨張
    係数が0.6〜2.5×10-5,ガラス転移温度が110
    ℃以上、飽和吸湿率が85℃85%RHの条件で0.8w
    t%以下及び難燃性がUL−94規格のV−0の特性を
    有することを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  5. 【請求項5】前記リン系有機化合物が下記(1)式の構
    造及び芳香環を有する化合物であり、 前記窒素系有機化合物が芳香環またはヘテロ環を有する
    化合物であることを特徴とする特許請求の範囲第1項,
    第2項,第3項及び第4項のいずれかに記載の樹脂封止
    型半導体装置。
  6. 【請求項6】半導体素子を樹脂組成物で封止した半導体
    装置において、該樹脂組成物が臭素系有機化合物,リン
    系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1
    種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を含有し、
    かつ有機化合物の臭素,リン及び窒素の少なくとも1種
    類の元素含有量が上記ホウ酸金属塩及び無機充填剤を除
    く全樹脂量に対して0.35 〜10重量%、ホウ酸金属
    塩が全樹脂組成物に対して1.5 〜15重量%の範囲に
    あるエポキシ樹脂組成物であることを特徴とする樹脂封
    止型半導体装置。
  7. 【請求項7】半導体素子を樹脂組成物で封止した半導体
    装置において、該樹脂組成物が臭素系有機化合物,リン
    系有機化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1
    種類からなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を含有し、
    かつ有機化合物の臭素,リン及び窒素の少なくとも1種
    類の元素含有量が上記ホウ酸金属塩及び無機充填剤を除
    く全樹脂量に対して0.4 〜7重量%、ホウ酸金属塩が
    全樹脂組成物に対して1.5 〜15重量%の範囲にある
    エポキシ樹脂組成物であることを特徴とする樹脂封止型
    半導体装置。
  8. 【請求項8】リードフレームのダイパッド上に搭載され
    た半導体素子が金ワイヤで接合され、該半導体素子が臭
    素系有機化合物,リン系有機化合物及び窒素系有機化合
    物の中の少なくとも1種類からなる有機化合物並びにホ
    ウ酸金属塩を含有し、その樹脂組成物の加熱硬化物の線
    膨張係数が0.6〜2.5×10-5、ガラス転移温度が1
    10℃以上、飽和吸湿率が85℃85%RHの条件で
    0.8wt% 以下及び難燃性がUL−94規格のV−0
    の特性を有する樹脂組成物で一体樹脂モールド成形によ
    って封止されたことを特徴とする樹脂封止型半導体装
    置。
  9. 【請求項9】半導体素子の上に有機フィルム接着剤また
    は無機の接合材を用いてリードフレームを搭載し、半導
    体素子上の電極をリードフレームと金ワイヤで接合した
    後、臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び窒素系有
    機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機化合物並
    びにホウ酸金属塩を含有し、その樹脂組成物の加熱硬化
    物の線膨張係数が0.6〜2.5×10-5、ガラス転移温
    度が110℃以上、飽和吸湿率が85℃85%RHの条
    件で0.8wt% 以下及び難燃性がUL−94規格のV
    −0の特性を有する樹脂組成物で一体モールド樹脂成形
    によって封止されたことを特徴とするリードオンチップ
    方式の半導体装置。
  10. 【請求項10】回路パターンを有する樹脂基板の上面に
    半導体素子を実装するとともに、樹脂基板の底面に外部
    接続端子を設けてなる半導体装置において、前記半導体
    素子を臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び窒素系
    有機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機化合物
    並びにホウ酸金属塩を含有し、その樹脂組成物の加熱硬
    化物の線膨張係数が0.6〜2.5×10-5、ガラス転移
    温度が110℃以上、飽和吸湿率が85℃85%RHの
    条件で0.8wt% 以下及び難燃性がUL−94規格の
    V−0の特性を有する樹脂組成物で一体モールド樹脂成
    形によって封止されたことを特徴とするボールグリッド
    アレイまたはピングリッドアレイ樹脂封止型半導体装
    置。
  11. 【請求項11】回路パターンを有する配線フィルムの上
    面に半導体素子を実装するとともに、樹脂基板の底面に
    外部接続端子を設けてなる半導体装置において、前記半
    導体素子を臭素系有機化合物,リン系有機化合物及び窒
    素系有機化合物の中の少なくとも1種類からなる有機化
    合物並びにホウ酸金属塩を含有し、その樹脂組成物の加
    熱硬化物の線膨張係数が0.6〜2.5×10-5、ガラス
    転移温度が110℃以上、飽和吸湿率が85℃85%R
    Hの条件で0.8wt% 以下及び難燃性がUL−94規
    格のV−0の特性を有する樹脂組成物で一体モールド樹
    脂成形によって封止されたことを特徴とするボールグリ
    ッドアレイまたはチップサイズ樹脂封止型半導体装置。
  12. 【請求項12】リードフレーム,回路パターンを有する
    樹脂基板、または回路パターンを有する配線フィルムの
    上面に半導体素子を搭載し、半導体素子の電極を金ワイ
    ヤ,TABリード、または金属バンプを用いて該リード
    フレーム、樹脂基板の配線パッド、または配線フィルム
    のパッドへ接合した後、臭素系有機化合物,リン系有機
    化合物及び窒素系有機化合物の中の少なくとも1種類か
    らなる有機化合物並びにホウ酸金属塩を含有し、その樹
    脂組成物の加熱硬化物の線膨張係数が0.6 〜2.5×
    10-5 、ガラス転移温度が110℃以上、飽和吸湿率
    が85℃85%RHの条件で0.8wt% 以下及び難燃
    性がUL−94規格のV−0の特性を有するエポキシ樹
    脂組成物で一体モールド樹脂成形によって封止されたこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001302883A (ja) * 2000-04-21 2001-10-31 Toshiba Chem Corp 封止用樹脂組成物および電子部品封止装置
JP2003516455A (ja) * 1999-12-13 2003-05-13 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド 難燃性リン元素含有エポキシ樹脂組成物
WO2004090033A1 (ja) * 2003-04-07 2004-10-21 Hitachi Chemical Co., Ltd. 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307649A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307645A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307650A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307646A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
US7345421B2 (en) 2003-09-30 2008-03-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Organic electroluminescent device having a high pH adhesive layer
JPWO2018003691A1 (ja) * 2016-06-28 2019-04-18 東レ株式会社 エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003516455A (ja) * 1999-12-13 2003-05-13 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド 難燃性リン元素含有エポキシ樹脂組成物
JP2012197441A (ja) * 1999-12-13 2012-10-18 Dow Global Technologies Llc 難燃性リン元素含有エポキシ樹脂組成物
JP2001302883A (ja) * 2000-04-21 2001-10-31 Toshiba Chem Corp 封止用樹脂組成物および電子部品封止装置
WO2004090033A1 (ja) * 2003-04-07 2004-10-21 Hitachi Chemical Co., Ltd. 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307649A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307645A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307650A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
JP2004307646A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置
US7397139B2 (en) 2003-04-07 2008-07-08 Hitachi Chemical Co., Ltd. Epoxy resin molding material for sealing use and semiconductor device
US7345421B2 (en) 2003-09-30 2008-03-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Organic electroluminescent device having a high pH adhesive layer
KR101128214B1 (ko) * 2003-09-30 2012-03-23 산요덴키가부시키가이샤 유기 전계 발광 장치 및 그의 제조 방법
JPWO2018003691A1 (ja) * 2016-06-28 2019-04-18 東レ株式会社 エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料

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