JP2001131391A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物ならびに半導体装置 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物ならびに半導体装置

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JP2001131391A JP31195499A JP31195499A JP2001131391A JP 2001131391 A JP2001131391 A JP 2001131391A JP 31195499 A JP31195499 A JP 31195499A JP 31195499 A JP31195499 A JP 31195499A JP 2001131391 A JP2001131391 A JP 2001131391A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体部材に対して密着性が高く、さらに、保
存安定性が良好で、成形時の硬化性、充填性に優れる半
導体封止用エポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物
で封止してなる半導体装置を提供すること。 【解決手段】エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、無機
充填材(C)、式(I)で示される3価のフェノール化
合物(D)を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物
であって、該3価のフェノール化合物(D)の含有量が
全樹脂組成物中に対して0.01〜0.5重量%である
ことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体部材に対して
密着性が高く、さらに、保存安定性が良好で、成形時の
硬化性、充填性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成
物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ダイオード、トランジスタ、
IC、LSI、超LSIなど半導体装置の封止方法は樹
脂封止が主流である。樹脂封止には、一般的にエポキシ
樹脂組成物が他の熱硬化性樹脂に比べて成形性、寸法安
定性、接着性、電気特性、機械特性に優れているため、
広く用いられてきた。
【0003】しかし、半導体装置の樹脂封止には、半導
体装置封止後のエポキシ樹脂組成物が吸湿し、部品電極
の腐食や、半田リフロー時の樹脂と半導体部材間での剥
離、樹脂部分でのクラックの原因にもなるという問題が
ある。さらに、近年、環境問題の観点から鉛フリー半田
の使用が要求されているが、鉛フリー半田は従来の鉛入
り半田に比べ融点が30℃以上高く、そのため半田リフ
ロー温度の上昇(260〜280℃)が必要となり、半
田リフロー時の樹脂と半導体部材間での剥離、樹脂部分
でのクラックが発生しやすい状況となっている。
【0004】このような問題の解決策として、エポキシ
樹脂組成物中の無機充填材の配合量を多くし、低吸湿化
をはかることが提案されている。しかし、無機充填材の
配合量を多くすると、エポキシ樹脂組成物全体での流動
性が低下し、エポキシ樹脂組成物が成形機金型内を流動
する途中において反応が進行してしまい、パッケージの
未充填部分の形成や、ボイド、金線流れ等の成形不良が
発生するばかりでなく、樹脂と半導体部材間での密着性
の低下が起こり、鉛フリー半田に対応したリフロー条件
での耐半田リフロー性の低下という問題を生じていた。
このため、エポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の配合
量を多くした場合であっても、良流動性を確保し、パッ
ケージの成形不良を防ぎ、密着性が高く、耐半田リフロ
ー性に優れる方法が必要とされていた。また、組成物の
硬化性に優れることが、成形時間の短縮や、成形終了
後、金型からパッケージを取り出す際のゲート部の樹脂
残り等による金型クリーニング作業の点から、生産性向
上に結びつくため、必要とされていた。さらに、エポキ
シ樹脂組成物の常温での保存安定性を良好にすること
が、冷凍・冷蔵保存に関するコスト削減や、作業性の問
題から必要とされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情に鑑みなされたものであり、半導体部材に対して
密着性が高く、さらに保存安定性が良好で、成形時の硬
化性、充填性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成
物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置の
提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するた
め、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は主とし
て次のような構成を有する。すなわち、エポキシ樹脂
(A)、硬化剤(B)、無機充填材(C)、式(I)で
示される3価のフェノール化合物(D)を含有する半導
体封止用エポキシ樹脂組成物であって、該3価のフェノ
ール化合物(D)の含有量が全樹脂組成物中に対して
0.01〜0.5重量%であ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。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。なお、本発明において「重量」とは「質量」を意
味する。
【0008】本発明におけるエポキシ樹脂(A)は、1
分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物であれば
特に限定されず、モノマー、オリゴマー、ポリマー全般
である。例えば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、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のビフェニル型エポキシ樹脂、フェ
ノールアラルキル型エポキシ樹脂、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、ナフトールアラ
ルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン型エポキシ樹
脂、3−t−ブチル−2,4´−ジヒドロキシ−3´,
5´,6−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテ
ル、3−t−ブチル−4,4´−ジヒドロキシ−3´,
5,5´−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテ
ル、4,4´−ジヒドロキシ−3,3´,5,5´−テ
トラメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、4,4
´−ジヒドロキシ−3,3´−ジ−t−ブチル−6,6
´−ジメチルスチルベンのジグリシジルエーテルなどの
スチルベン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格
含有エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹
脂、1,4−ビス(3−メチル−4ヒドロキシクミル)
ベンゼンのジグリシジルエーテル、4,4´−ジヒドロ
キシジフェニルエーテルのジグリシジルエーテル2,2
−ジメチル−5,5´−ジ−tert−ブチル−4,4
´−ジヒドロキシジフェニルスフィドなどのビスフェノ
ール型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹
脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、テトラメチルビ
スフェノールF型エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピ
ロ環含有エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂な
どが挙げられ、これらを単独で用いても2種類以上併用
してもかまわない。なかでも、2官能のエポキシ樹脂を
配合することが好ましい。
【0009】本発明において、エポキシ樹脂(A)の配
合量としては、エポキシ樹脂組成物全体に対して通常2
〜25重量%、特に2〜10重量%が好ましい。
【0010】本発明において硬化剤(B)は、エポキシ
樹脂と反応する化合物であれば任意であるが、硬化物と
した場合に吸水率が低い化合物としてフェノール性水酸
基を有する硬化剤(b)が好ましく用いられる。フェノ
ール性水酸基を有する硬化剤(b)の具体例としては、
フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹
脂、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック樹脂、
トリス(ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2−ト
リス(ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,3−トリ
ス(ヒドロキシフェニル)プロパン、テルペンとフェノ
ールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン骨格含有フェ
ノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールア
ラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールアラルキ
ル樹脂、などが挙げられ、これらを単独で用いても、2
種類以上併用して用いてもかまわない。
【0011】本発明において、硬化剤(B)の配合量は
エポキシ樹脂組成物全体に対して通常2〜22重量%で
あり、好ましくは2〜10重量%である。さらに、硬化
剤(B)には、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジ
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールア
ラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂およびビフェ
ニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂からなる群から
選ばれる少なくとも1種の樹脂を含有することが、流動
性ばかりでなく、密着性、耐半田リフロー性が優れる点
から好ましく、さらに硬化剤(B)の全体量のうち50
重量%以上含有することがより好ましい。
【0012】さらには、エポキシ樹脂(A)と硬化剤
(B)の配合比は、機械的性質および耐湿信頼性の点か
ら(A)に対する(B)の化学当量比が0.5〜2、特
に0.7〜1.5の範囲にあることが好ましい。
【0013】本発明において、エポキシ樹脂(A)と硬
化剤(B)の硬化反応を促進するために硬化促進剤を用
いてもよい。硬化促進剤としてはエポキシ樹脂(A)と
硬化剤(B)との反応を促進するものであれば公知のも
のを任意に使用できる。硬化促進剤の具体例としては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−ウンデシル
イミダゾールなどのイミダゾール類およびそれらの塩、
トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチ
ルベンジルアミンなどの3級アミン化合物、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、7−メチル−
1,5,7−トリアザビシクロ(4,4,0)デセン−
5などのアミジン化合物およびそれらの塩、トリフェニ
ルホスフィン、トリス(2,6−ジメトキシフェニル)
ホスフィン、トリス(4−アルキルフェニル)ホスフィ
ン、トリアルキルホスフィンなどリン化合物およびそれ
らの塩などが用いられる。これらの硬化促進剤は2種以
上を併用しても良く、さらには予め使用する硬化剤
(B)またはエポキシ樹脂(A)と溶融混合させた後添
加しても良い。
【0014】本発明における無機充填材(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、窒化珪素、酸
化マグネシウムアルミニウム、ジルコニア、ジルコン、
クレー、タルク、マイカ、珪酸カルシウム、酸化チタ
ン、酸化アンチモン、アスベスト、ガラス繊維などが挙
げられる。形状も球状、破砕状、繊維状など任意のもの
が使用でき、なかでも球状を配合することが好ましい。
【0015】無機充填材(C)の配合量としては、通
常、樹脂組成物中70重量%以上であり、低吸湿性、成
形性の点から、80〜95重量%が特に好ましい。さら
に、流動性、成形時のバリの低減、取り扱い易さに優れ
る点から、平均粒径が5〜30μm、比表面積が2.5
〜5.0m2/gであることが好ましい。
【0016】本発明においては、式(I)で示される3
価のフェノール化合物(D)を含有する。
【化2】 (上記式(I)において、6つのRのうち3つは水酸基
である。残りの4つは水素原子、アミノ基、アルキル
基、カルボキシル基等の有機基を示し、それぞれ異なっ
ていても同一でもよい。)
【0017】本発明における式(I)で示される3価の
フェノール化合物(D)の具体例としては、1,2,3
−トリヒドロキシベンゼン、1,3,5−トリヒドロキ
シベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、
1,2,4−トリヒドロキシアントラキノン、3,4,
5−トリヒドロキシベンゾイックアシッド、などが挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。これらを
単独で用いても、2種類以上併用しても、2価のフェノ
ール化合物と併用してもかまわない。また、あらかじ
め、硬化剤、エポキシ樹脂等の樹脂中に溶融混合させて
用いてもかまわない。
【0018】3価のフェノール化合物(D)の添加量と
しては、樹脂組成物中0.01〜0.50重量%であ
り、好ましくは0.03〜0.20重量%であるこのよ
うに、3価のフェノール化合物(D)を少量、添加剤と
して用いることで、特に無機充填材(C)の配合量を樹
脂組成物中75〜95重量%とした場合に、成形時の充
填性が良く、硬化性が良く、半導体部材に対して密着性
が高く、鉛フリー半田を用いた耐半田リフロー性も良好
で、保存安定性に優れ、さらに、ハロゲン系難燃剤を含
まずに難燃化が可能な環境対応型の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を得ることができる。3価のフェノール化
合物(D)の添加量が0.01〜0.50重量%の範囲
から外れると、上記効果を十分得ることができない。
【0019】特に、3価のフェノール化合物(D)とし
て、3つの水酸基のうち、2つ以上がそれぞれ隣接する
位置にある3価のフェノール化合物を用いることが、上
記効果が十分得られることから好ましい。
【0020】本発明において、エポキシ樹脂組成物にシ
ランカップリング剤、チタネートカップリング剤などの
カップリング剤を配合しておくことが得られる半導体装
置の信頼性の点で好ましい。カップリング剤はそのまま
配合しても、あらかじめ無機充填材(C)に表面処理し
ておいても同様の効果が期待できる。
【0021】カップリング剤としては、好ましくは有機
基および加水分解性基が珪素原子に直接結合したシラン
カップリング剤が使用され、具体的には、γ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプ
ロピルメチルジエトキシシラン、N−β(アミノエチ
ル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β
(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシ
シラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−
フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ
−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイ
ドプロピルトリエトキシシランなどが好ましく用いられ
る。
【0022】また、カップリング剤の添加量は通常、エ
ポキシ樹脂組成物全体に対し、0.1〜2重量%であ
る。
【0023】本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明
の効果を損なわない範囲で、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、シリコーン化
合物などの離型剤を2種類以上併用してもかまわない。
【0024】本発明の組成物では、必須成分ではないが
ブロム化合物を配合できる。ブロム化合物は、通常半導
体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃剤として添加される
ものであれば特に限定されず、公知のものが使用でき
る。
【0025】ブロム化合物の好ましい具体例としては、
ブロム化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ブロム化フ
ェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポ
キシ樹脂、ブロム化ポリカーボネート樹脂、ブロム化ポ
リスチレン樹脂、ブロム化ポリフェニレンオキサイド樹
脂、テトラブロモビスフェノールA、デカブロモジフェ
ニルエーテルなどが挙げられ、なかでも、ブロム化ビス
フェノールA型エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボ
ラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ樹脂が、
成形性の点から好ましい。
【0026】本発明の組成物では、必須成分ではないが
アンチモン化合物を配合することもできる。これは通常
半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃助剤として添加
されるもので、特に限定されず、公知のものが使用でき
る。アンチモン化合物の好ましい具体例としては、三酸
化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンが
挙げられる。
【0027】本発明のエポキシ樹脂組成物には、カーボ
ンブラック、酸化鉄などの着色剤、ハイドロタルサイト
類、ビスマス系などのイオン捕捉剤、シリコーンゴム、
オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブ
タジエンゴム、などのエラストマー、ポリエチレンなど
の低応力化剤、シリコーンオイルなどの耐湿性改良剤、
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。
【0028】本発明の樹脂組成物の製造方法としては、
例えば溶融混練による方法が用いられ、通常は60〜1
40℃で、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロ
ール、単軸もしくは二軸の押出機などを用いた公知の混
練方法により製造できる。この樹脂組成物は通常、粉
末、タブレットまたは液状の状態から、成形によって半
導体封止に供される。半導体素子を封止する方法として
は、低圧トランスファー成形法が一般的であるがインジ
ェクション成形法や圧縮成形法も可能である。成形条件
としては、例えば樹脂組成物を成形温度150〜200
℃、成形圧力5〜15MPa、成形時間30〜300秒
で成形し、樹脂組成物の硬化物とすることによって半導
体装置が製造される。また、必要に応じて上記成形物を
100〜200℃で2〜15時間、追加加熱処理も行わ
れる。
【0029】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。なお、本発明は、ここに掲げる実施例によって限
定されるものではない。
【0030】[実施例1〜27、比較例1〜4]表1に示
す成分を、表2〜4に示す組成比(重量比)でミキサー
により予備混合した後、バレル温度90℃の二軸押出機
を用いて5分間溶融混練後、冷却・粉砕し、半導体封止
用エポキシ樹脂組成物を得た。
【0031】作製した合計31種類の組成物について、
208pinLQFP(外形:28×28×1.4mm、
フレーム材料:銅)用金型(ポット径φ18mm)、1
76pinLQFP(外形:23×23×1.4mm、フ
レーム材料:銅)用金型(ポット径φ16mm)をそれ
ぞれ用いて、低圧トランスファー成形機で、金型温度1
75℃、成形時間1分の条件でパッケージを成形した。
保存安定性および成形時の充填性の評価として208pi
nLQFPのパッケージ充填性を、硬化性の評価として
ゲート部の樹脂残りを、密着性の評価として176pin
LQFPの半田耐熱性(剥離率、外部クラック)を評価
し、表2〜4に示す結果を得た。評価方法の詳細を以下
に記す。
【0032】<パッケージ充填性(成型性)の評価>組
成物について、低圧トランスファー成形を用いて208
pinLQFPのパッケージを10個成形後、粘度上昇に
よるチップ変位や流動性の不足等で未充填が発生した不
良パッケージを除く、良好に得られたパッケージ数を求
めた。
【0033】<パッケージ充填性(保存安定性)の評価
>組成物を20℃、50%RHの条件で72時間保存
し、低圧トランスファー成形を用いて208pinLQF
Pのパッケージを10個成形後、粘度上昇によるチップ
変位や流動性の不足等で未充填が発生した不良パッケー
ジを除く、良好に得られたパッケージ数を求めた。
【0034】<連続成形性の評価>組成物について、低
圧トランスファー成形を用いて金型温度175℃、成形
時間40秒の条件で、208pinLQFPのパッケージ
を100ショット連続成形し、連続成形中、良好にパッ
ケージが得られた組成物を○、パッケージ表面汚れや、
ゲート部への樹脂残りによる次ショット時の未充填を発
生した組成物を×とした。
【0035】<半田耐熱性の評価>成形により得られた
176pinLQFPのパッケージ8個を175℃で4時
間硬化させ、85℃、60%RH、168時間の条件で
加湿処理後、IRリフロー炉を用いて260℃で10秒
間加熱処理した。その後のパッケージを、超音波探傷機
を使用してダイパッド裏面を観察し、ダイパッド裏面の
全面積に対し剥離が生じている面積から剥離率(%)を
求めた。また、目視によりパッケージ外観を観察し、外
部クラックの発生しなかった組成物は○、外部クラック
の発生した組成物は×とした。
【0036】
【表1】
【0037】
【化3】
【0038】
【化4】
【0039】
【化5】
【0040】
【化6】
【0041】
【化7】
【0042】
【化8】
【0043】
【化9】
【0044】
【化10】
【0045】
【化11】
【0046】
【表2】
【0047】
【表3】
【0048】
【表4】
【0049】表2〜4の実施例に示すように、3価のフ
ェノール化合物の添加量が0.01〜0.50重量%の
範囲である半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、従来よ
り高い温度での半田耐熱性の評価において剥離率が小さ
く、外部クラックの発生もなく、パッケージ充填性の評
価において成形性、保存安定性が良く、連続成形性も良
好である。すなわち、密着性、成形時の硬化性、充填
性、保存安定性に優れることがわかる。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、特に鉛フリー半田に対
応したリフロー条件でも半導体部材に対して密着性が高
く、さらに、保存安定性が良好で、成形時の硬化性、充
填性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および
該封止用組成物で封止してなる半導体装置を得ることが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/31 Fターム(参考) 4J002 CC03X CC04X CC05X CC07X CD00W CD01W CD02W CD03W CD04W CD05W CD06W CD12W CE00X DE076 DE096 DE136 DE146 DE236 DJ006 DJ016 DJ026 DJ036 DJ046 DJ056 DL006 EJ017 EJ027 EJ067 FA046 FA086 FD016 FD090 FD14X FD150 FD200 GQ00 4J036 AA01 DB05 FA01 FB06 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB02 EB03 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC01 EC03 EC09 EC14 EC20

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、無
    機充填材(C)、式(I)で示される3価のフェノール
    化合物(D)を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成
    物であって、該3価のフェノール化合物(D)の含有量
    が全樹脂組成物中に対して0.01〜0.5重量%であ
    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】 (上記式(I)において、6つのRのうち3つは水酸基
    である。残りの4つは水素原子、アミノ基、アルキル
    基、カルボキシル基等の有機基を示し、それぞれ異なっ
    ていても同一でもよい。)
  2. 【請求項2】硬化剤(B)が、テルペンとフェノールの
    縮合化合物、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹
    脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル
    樹脂およびビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹
    脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有するこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体封止用エポキシ樹
    脂組成物。
  3. 【請求項3】式(I)で示される3価のフェノール化合
    物(D)の3つの水酸基のうち2つ以上が、それぞれ隣
    接する位置にあることを特徴とする請求項1または2の
    いずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】無機充填材(C)の平均粒径が5〜30μ
    mであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
    載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  5. 【請求項5】無機充填材(C)の比表面積が2.5〜
    5.0m2/gであることを特徴とする請求項1〜4の
    いずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  6. 【請求項6】鉛フリー半田対応半導体装置用であること
    を特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体封
    止用エポキシ樹脂組成物。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6に記載の半導体封止用エポ
    キシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されて
    なることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】 請求項1〜6に記載の半導体封止用エポ
    キシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されて
    なることを特徴とする鉛フリー半田対応半導体装置。
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