JPH11289034A - 半導体装置および半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents
半導体装置および半導体封止用樹脂組成物Info
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- JPH11289034A JPH11289034A JP3146899A JP3146899A JPH11289034A JP H11289034 A JPH11289034 A JP H11289034A JP 3146899 A JP3146899 A JP 3146899A JP 3146899 A JP3146899 A JP 3146899A JP H11289034 A JPH11289034 A JP H11289034A
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Abstract
コストで提供する。また、ウェハー状態で半導体素子を
一括封止して半導体装置を製造する方法において、ウェ
ハー上に良好な膜が形成でき、ウェハーの反りが小さ
く、かつ信頼性が高い半導体封止用樹脂組成物を提供す
る。 【解決手段】半導体素子の一方の表面上に樹脂組成物の
膜が形成されてなる半導体装置であって、該樹脂組成物
のガラス転移温度以下の線膨脹係数が60×10 -6/K
以下、かつガラス転移温度以上の線膨脹係数が140×
10-6/K以下であることを特徴とする半導体装置、お
よび半導体素子の一方の表面上に樹脂組成物の膜が形成
されてなる半導体装置を封止するための樹脂組成物であ
って、樹脂組成物のガラス転移温度以下の線膨脹係数が
60×10-6/K以下、かつガラス転移温度以上の線膨
脹係数が140×10-6/K以下であることを特徴とす
る半導体封止用樹脂組成物。
Description
半導体素子の一方の表面上に樹脂組成物の膜が形成され
ている半導体装置および該半導体装置を封止するための
半導体封止用樹脂組成物に関するものである。詳しくは
半導体素子をウェハーの状態で封止し、その後切断する
方法で製造される半導体装置および該半導体装置を封止
するための樹脂組成物に関するものである。
伴い、部品である半導体装置も小型・薄型化、高性能化
が進んでいる。従来の半導体装置は、半導体素子(チッ
プ)とリードフレームを用い、プリント基板に実装する
のに必要な外部電極(ピン)以外は、樹脂で覆うように
上下両面から樹脂封止されている。よって、半導体装置
小型化の開発はリードフレームと半導体素子の搭載方法
を新たに開発することが主であった。また薄型にするた
めに封止樹脂の肉厚は薄くなってきている。
を小さく、薄肉化したTSOP(シン・スモール・アウ
トライン・パッケージ)や、多ピン化に対応したQFP
(クァッド・フラット・パッケージ)などが上市されて
いる。
ンダーフィル剤を注入するフリップチップ接続方法や、
外部電極であるパンプの根本を樹脂で補強するなどの提
案がされている。
ーに高度な実装技術を要求するばかりか、実装コストの
増大を招く。また、 パンプ根本の樹脂補強は上記コス
トを軽減するが、信頼性が低下してしまう。
の高い、チップサイズの半導体装置を低コストで提供す
ることにある。
おいては、従来の封止樹脂ではウェハー全面に欠陥のな
い良好な膜を形成することが難しいこと、ウェハー全面
を封止した際にウェハーが反ること、半導体装置の耐温
度サイクル性や耐湿性などの信頼性が劣ることなどの問
題がある。
半導体素子を一括封止して半導体装置を製造する方法に
おいて、ウェハー上に良好な膜が形成でき、ウェハーの
反りが小さく、かつ信頼性が高い半導体封止用樹脂組成
物を提供することである。
で信頼性が高いチップサイズの半導体装置としてウェハ
ー状態で半導体素子を一括して封止し、その後に個々の
半導体装置を切り出して製造した半導体装置を開発し、
本発明に到達した。すなわち本発明は、「半導体素子の
一方の表面上に樹脂組成物の膜が形成されてなる半導体
装置であって、該樹脂組成物のガラス転移温度以下の線
膨脹係数が60×10-6/K以下、かつガラス転移温度
以上の線膨脹係数が140×10-6/K以下であること
を特徴とする半導体装置。」である。
ウェハーの反りを小さくし、かつ温度サイクル性や耐湿
性などの信頼性の向上を目的に鋭意検討し、本発明に到
達した。すなわち本発明は、「半導体素子の一方の表面
上に樹脂組成物の膜が形成されてなる半導体装置を封止
するための樹脂組成物であって、樹脂組成物のガラス転
移温度以下の線膨脹係数が60×10-6/K以下、かつ
ガラス転移温度以上の線膨脹係数が140×10-6/K
以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成
物。」である。
本発明の半導体装置は、半導体素子の一方の表面上に樹
脂組成物の膜が形成されてなるものである。該半導体装
置は、ウェハー状態の半導体素子を本発明の樹脂組成物
で封止し、ウェハー上全面に薄膜を形成し、図1および
図2に示した構造にした後に個々の半導体装置に切断し
て製造される。該ウェハー状態の半導体素子には外部電
極が形成されていてもよい。このような方法により、I
Cチップ(半導体素子)と同じ大きさのICパッケージ
(チップサイズパッケージ;CSP)を効率よく、安価
に製造できる。該半導体装置の製造で用いられるウェハ
ーの大きさには特に制限はなく、6インチウェハー、8
インチウェハー、12インチウェハーなど半導体の製造
で用いられる通常の大きさのウェハーが用いられる。該
半導体装置の半導体素子上に形成される樹脂組成物の膜
の厚さにも特に制限はなく、通常は30〜2000μm
t、望ましくは30〜300μmt、特に望ましくは3
0〜150μmtである。
物は、ガラス転移温度以下の線膨脹係数が60×10-6
/K以下、かつガラス転移温度以上の線膨脹係数が14
0×10-6/K以下である。各線膨脹係数がこれらの値
を超える場合はウェハー上に樹脂組成物の膜を形成した
ときにウェハーが反って、ウェハーを切断する際に不都
合が生じたり、半導体装置の耐温度サイクル性などの信
頼性が低下するので好ましくない。
ーの反りをさらに小さくし、半導体装置の耐温度サイク
ル性などの信頼性をさらに向上させるために該樹脂組成
物の23℃における曲げ弾性率が1GPa以上、30G
Pa以下であることが好ましい。
数)×(23℃における曲げ弾性率)が5×10-5GP
a/K以上、30×10-5GPa/Kであることが特に
好ましい。
きれば、特に限定されるものではなく、例えば各種の熱
可塑性樹脂や各種の熱硬化性樹脂を用いることができ
る。信頼性の点からは特に熱硬化性樹脂が好ましく用い
られ、例えば、エポキシ樹脂組成物、ポリイミド樹脂組
成物、シリコーン樹脂組成物などを用いることができ
る。これらの中でもエポキシ樹脂組成物が特に好まし
い。
は、通常はエポキシ樹脂(A) 、硬化剤(B) および充填剤
(C) からなる。そして該組成物中の配合量はそれぞれ、
エポキシ樹脂(A) が0.5〜80重量%、好ましくは1
〜50重量%、さらに好ましくは2〜30重量%、硬化
剤(B) が0.5〜80重量%、好ましくは1〜50重量
%、さらに好ましくは2〜30重量%、充填剤(C) が3
5〜98重量%、好ましくは40〜95重量%、さらに
好ましくは45〜95重量%である。組成がこれらの配
合量から外れる場合は、ウェハー上に樹脂組成物の良好
な膜が形成できなかったり、ウェハーが反ったり、ある
いは半導体装置の信頼性が低下するので好ましくない。
樹脂(A) は、1分子中にエポキシ基を2個以上有するも
のであれば特に限定されない。例えば、ビスフェノール
型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフ
タレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、線状脂肪
族エポキシ樹脂、各種ノボラック型エポキシ樹脂、各種
多官能フェノールから合成される各種多官能エポキシ樹
脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ハロゲン化
エポキシ樹脂などがあげられる。中での信頼性と膜形成
性の点から、4,4´−ビス(2,6−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(2,6−エポキシプロポキシ)メ
チルビフェニルなどのビフェニル型エポキシ樹脂、クレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキ
シ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、および
トリスヒドロキシフェニルメタン型、テトラ・フェニロ
ールエタン型など多官能フェノールから合成された多官
能型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。
(B) は、エポキシ樹脂(A) と反応して硬化させるもので
あれば特に限定されない。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、フェノー
ルアラルキル樹脂、テルペン骨格含有フェノール樹脂、
トリスヒドロキシフェニルメタン、ビスフェノールAや
レゾルシンから合成される各種ノボラック樹脂、レゾー
ル樹脂、ポリビニルフェノールなどの各種多価フェノー
ル化合物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒ
ドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水マレイ
ン酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジ
アミノジフェニルメタン、ジアミノフエンスルホンなど
の芳香族などがあげられる。中でも、信頼性と膜形成の
点から、分子内に少なくともフェノール性水酸基を2個
含有するフェノール樹脂が特に好ましく用いられる。例
えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキ
ル樹脂、テルペン骨格含有フェノール、トリスヒドロキ
シフェニルメタンなどが挙げられる。硬化剤(B)には2
種以上を併用することもできる。好ましい組合せとして
は、テルペンフェノール樹脂とフェノールアラルキル樹
脂、テルペンフェノール樹脂と多官能フェノール樹脂が
挙げられる。
(C) としては、非晶性シリカ、結晶性シリカ、炭酸カル
シウム、炭酸マグネシウム、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、アスベスト、ガラス繊維などがあげられる。
これらの中でも非晶性シリカは線膨脹係数を低下させる
効果が大きく、信頼性向上に有効なため好ましく用いら
れる。非晶性シリカの例としては、石英を溶融して製造
した溶融シリカや、各種合成法で製造された合成シリカ
があげられ、破砕状のものや球状のものが用いられる。
を配合することができ、半導体装置の反り量の低減や、
耐温度サイクル性の向上に有効である。このようなもの
としては例えば、EPR、EPDMおよびSEBSなど
のオレフィン系共重合体ゴム、ニトリルゴム、ポリブタ
ジエンゴムなどのジエン系ゴム、アクリル系ゴム、シリ
コーンゴム、変性シリコーンオイルなどがあげられる。
また、エラストマー(D) 以外にもポリエチレンなどの熱
可塑性樹脂を低応力化剤として配合することができる。
本発明の樹脂組成物の配合量に関しては特に制限はない
が、通常は0.05〜20重量%、好ましくは0.1〜
10重量%、特に好ましくは0.2〜5重量%である。
シ樹脂(A) と硬化剤(B) の硬化反応を促進するための硬
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、例えば2−メチルイミダゾ
ール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−メチル−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、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,
4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、
1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−
7、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5
などの3級アミン化合物、ジルコニウムテトラメトキシ
ド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス(ア
セチルアセトナト)ジルコニウム、トリ(アセチルアセ
トナト)アルミニウムなどの有機金属化合物およびトリ
フェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチ
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・トリフェニルボラ
ン、テトラフェニルホスフォニウム・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。中で
も反応性の点からトリフェニルホスフィンやテトラフェ
ニルホスフォニウム・テトラフェニルボレートや1,8
−ジアザビスクロ(5,4,0)ウンデセン−7が特に
好ましく用いられる。これらの硬化触媒は、用途によっ
ては2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0.01〜10重量部の
範囲が好ましい。
ップリング剤、チタネートカップリング剤などでカップ
リング剤を配合することができ、中でも、これらカップ
リング剤で前もって充填剤を表面処理しておくことが信
頼性の点で好ましい。シランカップリング剤として、ア
ルコキシ基および「エポキシ基、アミノ基、メルカプト
基などの官能基が結合した炭化水素基」がケイ素原子に
結合したシランカップリング剤が好ましく用いられる。
化エポキシ樹脂などのハロゲン化合物、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、酸化鉄などの着色剤、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪
酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミ
ド、パラフィンワックスなどの離型剤および有機過酸化
物などの架橋剤を任意に添加することができる。
ーの表面上に本発明の樹脂組成物の膜を形成するときの
温度における本発明の樹脂組成物の粘度は0.1〜15
00Pa・S、好ましくは0.5〜40Pa・S、特に
好ましくは1〜10Pa・Sである。ウェハー全面に効
率よく、均一に、欠陥のない膜を形成するためにこの範
囲の粘度が好ましい。
されているウェハー上に、ウェハー状態のまま全面に薄
膜を形成する形態で用いられる。ウェハー上に膜を形成
する方法に関しては特に制限はなく、ポッティング、ス
ピンコート、スリーン印刷、トランスファー成形などの
方法を用いることができる。中でも膜の形成のしやす
さ、信頼性の点からトランスファー成形が好ましい。
るにあたっては、0.5MPa以上、さらには0.5〜
30MPaの圧力を加えながら成形するのが、樹脂組成
物と半導体装置の密着性を高める点で好ましい。0.5
MPa以上の圧力を加え、膜を形成することで接着性を
向上させ、半導体素子から膜が剥離しにくく、信頼性を
高めることができるのである。また、生産コストを下げ
ることも容易となる。また、30MPa未満とすること
で、成形機の能力を上げる必要がなく、コストを低く抑
えることができる。
てもよいが、既存の成形機を活用する観点から、トラン
スファー成形機を用いて行うことが好ましい。
に説明する。なお、実施例および比較例中、%は重量%
を表す。
化剤、エラストマーおよびその他添加剤を表1に示した
割合で配合しドライブレンドした。次いでこれらの混合
物を2軸押出機を用い樹脂温度90℃で溶融混練した。
混練後、冷却、粉砕して樹脂組成物を製造した。
脂
5のフェノールアラルキル樹脂
シフェニルメタン
のテルペン骨格含有多価フェノール
のテルペンジフェノール樹脂
状シリカ
ピルトリメトキシシラン
により、得られた樹脂組成物の180℃における溶融粘
度を測定した。
機により、成形温度180℃、成形時間3分、トランス
ファー圧力3MPaの条件で成形し、180℃×5時間
の条件でポストキァアし試験片を調製した。TMA法
(Thermal Mehanscal Analys
es)により温度上昇に対する寸法変化を測定した。寸
法変化の変極温度をガラス転移温度とし、その温度以下
の線膨脹係数をα1、その温度以上の線膨脹係数をα2
とした。
同様の条件で曲げ試験片を調製し、23℃条件下げで3
点曲げ試験を行ない、荷重−たわみ曲線から曲げで弾性
率を計算した。
ランスファー成形機により、図2に示すような6インチ
ウェハー上に成形温度180℃、表4に示した成形圧力
および加圧時間3分間で成形した。その後180℃×5
時間の条件でポストキァアを行ない各種測定、評価を行
なった。
の膜を形成したウェハーを接触式の表面粗さ計とマイク
ロメーターを用い成形したウェハー5枚の各40点の膜
厚を測定した。膜不良率は、膜の設計厚みの±20%を
越えた点の割合を表わす。
り、樹脂組成物の膜が形成されたウェハーの反り量を測
定した。
験は樹脂組成物の膜を形成して封止したウェハーを図1
に示すような半導体装置(10×10mm)に切り離し
て、−65℃〜150℃の温度サイクル試験を実施例1
〜8と比較例1〜4は500サイクル、実施例9〜32
と比較例5〜9は1000サイクルで行なった後に、半
導体装置を目視および光学顕微鏡で観察した。樹脂組成
物と半導体素子の間に剥離が発生しているものを不良
(NG)と判定した。
脂組成物および半導体装置は、ウェハー上に樹脂組成物
の膜を形成する際の膜不良率が低く、ウェハーの反りも
小さい。また、耐温度サイクル性も良好である。すなわ
ち、本発明の樹脂組成物と半導体装置により、耐温度サ
イクル性などの信頼性が優れたチップサイズパッケージ
を効率よく、安価に製造することが可能であることが分
かる。
×10-6/K以下、かつα2が140×10-6/K以下
の場合は、ウェハーの反りが小さく、耐温度サイクル性
も小さいことが分かる。一方、線膨張係数がこれらの値
より大きい場合(比較例1、2)はウェハーの反り量が
大きく、耐温度サイクル性が劣る。
物は、曲げ弾性率が30GPa以下の場合、α1×曲げ
弾性率が5〜30×10-5GPa/Kの場合には耐温度
サイクル性がさらに優れ、ウェハー反り量も小さいこと
が分かる。
を越える場合(比較例)、曲げ弾性率が30以下であっ
ても、α1×曲げ弾性率が30×10-5GPa/Kを越
える場合(比較例6、7)はウェハーの反り量が大き
く、耐温度サイクル性も悪化する。
弾性率が本発明の範囲内にあったとしても溶融粘度が5
0Pa・Sを越える場合(比較例8)は、膜の不良率が
大きく、かつウェハーの反り、耐温度サイクル性も悪化
していることが分かる。
っても、成形圧力が0.5MPaより低い場合は(比較
例9)膜不良率が高く、ウェハー反り量も大きくなり、
耐温度サイクル性も悪化することが分かる。
ップサイズののものを低コストで作ることができる。ま
た、ウェハー状態で半導体素子を一括封止して半導体装
置を製造する方法において、ウェハー上に良好な膜が形
成でき、ウェハーの反りが小さく、かつ信頼性が高い半
導体封止用樹脂組成物を提供することができる。
る。
例を示す平面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】半導体素子の一方の表面上に樹脂組成物の
膜が形成されてなる半導体装置であって、該樹脂組成物
のガラス転移温度以下の線膨脹係数が60×10 -6/K
以下、かつガラス転移温度以上の線膨脹係数が140×
10-6/K以下であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】半導体素子が形成されたウェハー上に樹脂
組成物の膜を形成して後に個別に切断してなることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】樹脂組成物の膜の厚さが30〜2000μ
mである請求項1または2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】半導体素子の一方の表面上に樹脂組成物の
膜が形成されてなる半導体装置を封止するための樹脂組
成物であって、樹脂組成物のガラス転移温度以下の線膨
脹係数が60×10-6/K以下、かつガラス転移温度以
上の線膨脹係数が140×10-6/K以下であることを
特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項5】樹脂組成物の23℃における曲げ弾性率が
1GPa以上、30GPa以下であることを特徴とする
請求項4の半導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項6】樹脂組成物の(ガラス転移温度以下の線膨
脹係数)×(23℃における曲げ弾性率)が5×10-5
GPa/K以上、30×10-5GPa/K以下であるこ
とを特徴とする請求項4または5に記載の半導体封止用
樹脂組成物。 - 【請求項7】半導体装置が、半導体素子が形成されたウ
ェハー上に樹脂組成物の膜を形成して後に個別に切断し
てなることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載
の半導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項8】半導体装置が、半導体素子が形成され、か
つ該半導体素子に外部電極が形成されたウェハー上に樹
脂組成物の膜を形成して後に個別に切断してなることを
特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の半導体封止
用樹脂組成物。 - 【請求項9】エポキシ樹脂(A) 、硬化剤(B) および充填
剤(C) からなる樹脂組成物であって、該樹脂組成物中の
配合量が、エポキシ樹脂(A) 0.5〜80重量%、硬化
剤(B) 0.5〜80重量%および充填剤(C) 35〜98
重量%であることを特徴とする請求項4〜8のいずれか
に記載の半導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項10】エポキシ樹脂(A) が、ビフェニル型エポ
キシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、多官
能フェノールから合成された多官能型エポキシ樹脂、ナ
フタレン型エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種類
以上を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体封
止用樹脂組成物。 - 【請求項11】硬化剤(B) が、分子内に少なくともフェ
ノール性水酸基を2個以上含有するフェノール樹脂、フ
ェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、
テルペンフェノール樹脂、多官能フェノール樹脂から選
ばれる少なくとも1種類以上を含むことを特徴とする請
求項9または10に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組
成物。 - 【請求項12】硬化物(B) が、テルペンフェノール樹脂
とフェノールアラルキル樹脂または多官能フェノール樹
脂を必須成分として含むことを特徴とする請求項9〜1
1のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項13】樹脂組成物中にエラストマー(D) を少な
くとも1種類以上含むことを特徴とする請求項9〜12
のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項14】半導体装置を封止する工程において半導
体素子の表面に樹脂組成物の膜を形成するときの温度に
おける該樹脂組成物の粘度が0.1〜1500Pa・S
であることを特徴とする請求項4〜13のいずれかに記
載の半導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項15】半導体装置を封止する工程において半導
体素子の表面上に樹脂組成物の膜を形成するときに、
0.5〜30MPaの圧力をかけることを特徴とする請
求項4〜14のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成
物。 - 【請求項16】樹脂組成物の膜の厚さが30〜2000
μmである請求項4に記載の半導体封止用樹脂組成物。
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---|---|---|---|
JP3146899A JPH11289034A (ja) | 1998-02-09 | 1999-02-09 | 半導体装置および半導体封止用樹脂組成物 |
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JP4288998 | 1998-02-09 | ||
JP3146899A JPH11289034A (ja) | 1998-02-09 | 1999-02-09 | 半導体装置および半導体封止用樹脂組成物 |
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JPH11289034A true JPH11289034A (ja) | 1999-10-19 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3146899A Pending JPH11289034A (ja) | 1998-02-09 | 1999-02-09 | 半導体装置および半導体封止用樹脂組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11289034A (ja) |
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- 1999-02-09 JP JP3146899A patent/JPH11289034A/ja active Pending
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