JP2568584B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信頼性、特に高温雰囲気中においても優
れた信頼性を保持する半導体装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having high reliability, particularly excellent reliability even in a high-temperature atmosphere.
トランジスタ,IC,LSI等の半導体素子は、一般にエポ
キシ樹脂組成物を用いて封止され半導体装置化されてい
る。上記エポキシ樹脂は、その電気特性,耐湿性,接着
性等が良好であることから、半導体装置の封止に用いら
れており良好な成績を収めている。しかしながら、近
年、自動車等の、多くの屋外使用機器においても半導体
装置が大量に使用されるにしたがつて、今まで以上の耐
熱性、特に従来では問題にならなかつた高温での保存信
頼性が、多くの半導体装置に要求されるようになつてき
た。Semiconductor elements such as transistors, ICs, and LSIs are generally sealed with an epoxy resin composition to form semiconductor devices. The epoxy resin has been used for encapsulation of a semiconductor device because of its good electrical properties, moisture resistance, adhesiveness and the like, and has achieved good results. However, in recent years, as semiconductor devices have been used in large quantities in many outdoor devices such as automobiles, the heat resistance has been increased more than ever, especially the storage reliability at high temperatures which has not been a problem in the past. Have been required for many semiconductor devices.
このような耐熱性の向上のためには、従来から、封止
に用いるエポキシ樹脂の難燃性を高めることによつて行
つている。すなわち、臭素化エポキシ樹脂と酸化アンチ
モンとを組み合わせてエポキシ樹脂組成物中に配合する
ことにより、エポキシ樹脂組成物硬化体の難燃性を高
め、それによつて封止樹脂の耐熱性の向上を図つてい
る。上記臭素化エポキシ樹脂と酸化アンチモンとの組み
合わせは、難燃性の点では良好な結果を示す。ところ
が、高温における保存安定性の点では問題が生じる。す
なわち、高温状態においては、臭素化エポキシ樹脂の熱
分解により臭化水素が発生し、この臭化水素が半導体素
子の金線とアルミパツドの接合部とに反応して合金の生
成を促し、これによつて電気抵抗値の増加を招き、導通
不良をもたらす。Conventionally, such improvement in heat resistance has been achieved by increasing the flame retardancy of an epoxy resin used for sealing. That is, by combining the brominated epoxy resin and antimony oxide into the epoxy resin composition, the flame retardancy of the cured epoxy resin composition is increased, thereby improving the heat resistance of the sealing resin. I'm wearing The combination of the above brominated epoxy resin and antimony oxide shows good results in terms of flame retardancy. However, there is a problem in terms of storage stability at high temperatures. That is, in a high temperature state, hydrogen bromide is generated due to the thermal decomposition of the brominated epoxy resin, and this hydrogen bromide reacts with the junction between the gold wire of the semiconductor element and the aluminum pad to promote the formation of an alloy. This leads to an increase in the electric resistance value, resulting in poor conduction.
また、高温下で半導体装置が使用される機会がふえ、
実装時にも215〜260℃の半田温度にパッケージ全体がさ
らされることもあり、高温条件下での優れた機械的特性
も同時に要求されるようになつている。In addition, there are more opportunities for semiconductor devices to be used at high temperatures,
At the time of mounting, the entire package may be exposed to a solder temperature of 215 to 260 ° C., so that excellent mechanical properties under high temperature conditions are also required.
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
高温雰囲気中に長時間放置しても優れた信頼性を示すと
同時に、高温雰囲気下での機械的特性の低下の少ない半
導体装置の提供をその目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which exhibits excellent reliability even when left in a high-temperature atmosphere for a long period of time, and at the same time, shows little reduction in mechanical characteristics under a high-temperature atmosphere.
上記の目的を達成するため、この発明の半導体装置
は、下記の(A)〜(D)成分を含有するエポキシ樹脂
組成物を用いて半導体素子を封止するという構成をと
る。In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention has a configuration in which a semiconductor element is sealed with an epoxy resin composition containing the following components (A) to (D).
(A)ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂で
あつて1分子中にエポキシ基を少なくとも3個有するエ
ポキシ樹脂。(A) An epoxy resin other than a novolak type epoxy resin having at least three epoxy groups in one molecule.
(B)ノボラツク型フエノール樹脂以外のフエノール樹
脂であつて1分子中にフエニル基を少なくとも3個有す
るフエノール樹脂。(B) A phenolic resin other than a novolak type phenolic resin having at least three phenyl groups in one molecule.
(C)臭素化エポキシ樹脂。(C) Brominated epoxy resin.
(D)Biの水酸化物,Biの酸化物,Alの水酸化物およびAl
の酸化物からなる群から選択された少なくとも一つの化
合物。(D) Bi hydroxide, Bi oxide, Al hydroxide and Al
At least one compound selected from the group consisting of oxides of
すなわち、本発明者らは、上記の目的を達成するた
め、一連の研究を重ねた結果、難燃剤としての臭素化エ
ポキシ樹脂の熱分解の際に発生するハロゲン化合物ガス
を、Bi,Alの水酸化物,酸化物が捕捉トラツプし高温雰
囲気下の信頼性を効果的に保持させることをつきとめ
た。That is, the present inventors have conducted a series of studies in order to achieve the above object, and as a result, have found that a halogenated compound gas generated during the thermal decomposition of a brominated epoxy resin as a flame retardant is converted to Bi, Al water. It has been found that oxides and traps are trapped by oxides to effectively maintain reliability in a high-temperature atmosphere.
また、高温雰囲気下における機械的物性に関しては、
上記特定のエポキシ樹脂とフエノール樹脂とを使用する
ことにより、高温雰囲気下において機械的特性の優れた
エポキシ樹脂組成物硬化体が得られるようになることを
つきとめこの発明に到達した。Regarding mechanical properties under high temperature atmosphere,
The present inventors have found that the use of the specific epoxy resin and the phenol resin makes it possible to obtain a cured epoxy resin composition having excellent mechanical properties under a high-temperature atmosphere.
この発明の半導体装置で使用するエポキシ樹脂組成物
は、特定のエポキシ樹脂(A成分)と特定のフエノール
樹脂(B成分)と臭素化エポキシ樹脂(C成分)とBi,A
lの水酸化物,酸化物からなる化合物(D成分)とを用
いて得られるものであつて、通常粉末状もしくはそれを
打錠したタブレツト状になつている。The epoxy resin composition used in the semiconductor device of the present invention comprises a specific epoxy resin (component A), a specific phenol resin (component B), a brominated epoxy resin (component C), and Bi, A
It is obtained by using a compound (component (D)) composed of hydroxide and oxide (1), and is usually in the form of powder or tablet.
上記エポキシ樹脂組成物のA成分となるエポキシ樹脂
は、ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂であ
つて1分子中にエポキシ基を少なくとも3個有するエポ
キシ樹脂である。すなわち、本発明者らは高温雰囲気下
における封止樹脂の機械的特性の向上について一連の研
究を重ねた結果、エポキシ樹脂,フエノール樹脂中に含
まれる2核体以下の成分が、封止樹脂の高温下における
機械的特性を低下させることをつきとめた。そして、そ
のような2核体以下の成分を含むエポキシ樹脂,フエノ
ール樹脂はノボラツク型のものであり、エポキシ樹脂に
ついては、ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹
脂であつて1分子中にエポキシ基を3個以上有するエポ
キシ樹脂であれば、2核体以下の成分を殆ど含まないこ
とをみいだした。The epoxy resin serving as the component A of the epoxy resin composition is an epoxy resin other than the novolak type epoxy resin and has at least three epoxy groups in one molecule. That is, the present inventors have conducted a series of studies on the improvement of the mechanical properties of the sealing resin under a high-temperature atmosphere. It has been found that the mechanical properties at high temperatures are reduced. Epoxy resins and phenolic resins containing components of two or less nuclei are of the novolak type. Epoxy resins other than the novolak type epoxy resin have three epoxy groups per molecule. It has been found that if the epoxy resin has more than two nuclei, it hardly contains components of two or less nuclei.
このようなエポキシ樹脂としては、つぎの〜に示
すようなものを例示することができる。このようなエポ
キシ樹脂は、単独で用いてもよいし併用してもよい。Examples of such an epoxy resin include the following. Such epoxy resins may be used alone or in combination.
また上記B成分のフエノール樹脂は、上記エポキシ樹
脂と同様、ノボラツク型フエノール樹脂以外のフエノー
ル樹脂であつて、1分子中にフエニル基を少なくとも3
個有するフエノール樹脂である。このフエノール樹脂も
上記エポキシ樹脂と同様、2核体以下の成分を殆ど含ま
ないフエノール樹脂である。このフエノール樹脂は、上
記A成分のエポキシ樹脂の硬化剤として作用する。 The phenolic resin of the component B is a phenolic resin other than the novolak type phenolic resin, similar to the epoxy resin, and has at least three phenyl groups in one molecule.
Phenolic resin. This phenolic resin is also a phenolic resin that contains almost no binuclear component or less like the epoxy resin. This phenol resin acts as a curing agent for the epoxy resin of the component A.
このようなフエノール樹脂の代表例としては、下記の
〜に例示したものが挙げられる。このようなフエノ
ール樹脂も単独で用いてもよいし、併用してもよい。Representative examples of such a phenol resin include those exemplified in the following (1) to (4). Such a phenol resin may be used alone or in combination.
上記C成分の臭素化エポキシ樹脂は、エポキシ当量が
420以上のもの、好適には420〜550のものを使用するこ
とが望ましい。特に臭素化ビスフエノール型エポキシ樹
脂を用いることが好結果をもたらす。エポキシ当量が42
0未満の場合は、樹脂の耐熱性に劣る傾向がみられるば
かりでなく、ハロゲン化水素ガスも発生しやすくなるた
めである。 The above-mentioned brominated epoxy resin of component C has an epoxy equivalent of
It is desirable to use those having 420 or more, preferably 420 to 550. In particular, the use of a brominated bisphenol-type epoxy resin gives good results. Epoxy equivalent is 42
If the value is less than 0, not only the heat resistance of the resin tends to be inferior, but also a hydrogen halide gas is easily generated.
このようにな臭素化エポキシ樹脂の使用量は、エポキ
シ樹脂組成物の樹脂成分(A+B+C成分)中、1〜10
重量%(以下「%」と略す)の範囲内に設定することが
好ましい。すなわち、臭素化エポキシ樹脂の使用量が1
%未満では難燃性の向上効果が不充分となり、逆に10%
を超えるとハロゲン化水素ガスの発生が多くなり半導体
素子に悪影響を及ぼす傾向がみられるからである。The amount of the brominated epoxy resin used is 1 to 10 in the resin component (A + B + C component) of the epoxy resin composition.
It is preferable to set within the range of weight% (hereinafter abbreviated as “%”). That is, the amount of the brominated epoxy resin used is 1
%, The effect of improving the flame retardancy becomes insufficient, and conversely, 10%
This is because, if it exceeds 300, the generation of hydrogen halide gas tends to increase and the semiconductor device tends to be adversely affected.
上記フエノール樹脂とエポキシ樹脂との相互の使用割
合は、エポキシ樹脂のエポキシ当量との関係から適宜に
選択されるが、エポキシ基に対するフエノール性水酸基
の当量比が0.5〜1.5の範囲内になるよう設定することが
好ましい。当量比が上記の範囲を外れると、得られるエ
ポキシ樹脂組成物硬化体の耐熱性が低下する傾向がみら
れるからである。The mutual use ratio of the phenolic resin and the epoxy resin is appropriately selected from the relationship with the epoxy equivalent of the epoxy resin, and is set so that the equivalent ratio of the phenolic hydroxyl group to the epoxy group is in the range of 0.5 to 1.5. Is preferred. If the equivalent ratio is out of the above range, the heat resistance of the cured epoxy resin composition obtained tends to decrease.
上記のようなエポキシ樹脂およびフエノール樹脂は、
片方または双方が、下記の一般式(1) で表されるオルガノシロキサンと反応しているものを用
いることが好ましい。このようなエポキシ樹脂を用いる
ことによつて、耐クラツク性,耐温度サイクル性が向上
する。しかし、耐熱性の点では不利になる。ところが、
本発明で用いるD成分のBi,Alの水酸化物,酸化物から
なる化合物を使用することにより、耐熱性の低下現象が
解消され、良好な耐熱性が得られるようになる。Epoxy resin and phenol resin as described above,
One or both are represented by the following general formula (1) It is preferable to use one that has reacted with the organosiloxane represented by By using such an epoxy resin, crack resistance and temperature cycle resistance are improved. However, it is disadvantageous in terms of heat resistance. However,
By using a compound composed of hydroxides and oxides of Bi and Al as the D component used in the present invention, the phenomenon of lowering the heat resistance is eliminated and good heat resistance can be obtained.
上記D成分は、Biの水酸化物,Biの酸化物,Alの水酸化
物,Alの酸化物である。このような化合物の代表例とし
ては、水酸化ビスマス,水酸化アルミニウム,三酸化二
ビスマス,三酸化二アルミニウム等があげられる。上記
のような化合物は、単独で使用してもよいし併用しても
差支えはない。しかしながら、このようなD成分の含有
量は、エポキシ樹脂組成物の樹脂成分に対してD成分が
1〜10%の割合になるように設定することが好ましい。
すなわち、含有量が1%を下回ると高温放置特性の向上
効果が充分あらわれず、逆に10%を上回ると耐湿性の低
下現象が見られるからである。そして、このようなD成
分の化合物は、平均粒径が0.5〜30μmで、最大粒径が7
4μm以下の微粒子であることが好ましい。これよりも
大きな粒径のものは、分散性が著しく低下し高温放置特
性の改善効果が充分得られにくい傾向が見られるからで
ある。The D component is a hydroxide of Bi, an oxide of Bi, a hydroxide of Al, and an oxide of Al. Representative examples of such compounds include bismuth hydroxide, aluminum hydroxide, bismuth trioxide, and dialuminum trioxide. The above compounds may be used alone or in combination. However, the content of the D component is preferably set such that the D component accounts for 1 to 10% of the resin component of the epoxy resin composition.
That is, if the content is less than 1%, the effect of improving the high-temperature storage characteristics is not sufficiently exhibited, and if it exceeds 10%, a phenomenon of a decrease in moisture resistance is observed. The compound of component D has an average particle diameter of 0.5 to 30 μm and a maximum particle diameter of 7 μm.
Fine particles having a size of 4 μm or less are preferred. If the particle size is larger than this, the dispersibility tends to be remarkably reduced, and the effect of improving the high-temperature storage characteristics tends to be hardly obtained.
この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上記
A〜D成分以外にも、必要に応じて従来より用いられて
いるその他の添加剤が含有される。特に、高温放置時の
信頼性に加え、難燃性も向上させる時は、酸化アンチモ
ン粉末を含有させることが行われる。The epoxy resin composition used in the present invention contains, if necessary, other additives conventionally used in addition to the above-mentioned components A to D. In particular, in order to improve the flame retardancy in addition to the reliability when left at high temperature, antimony oxide powder is included.
なお、上記その他の添加剤としては、例えば硬化促進
剤,離型剤,着色剤,シランカツプリング剤等があげら
れる。Examples of the other additives include a curing accelerator, a release agent, a colorant, and a silane coupling agent.
上記硬化促進剤としては、三級アミン,四級アンモニ
ウム塩,イミダゾール類,有機リン系化合物およびホウ
素化合物等があげられ、単独でもしくは併せて使用する
ことができる。Examples of the curing accelerator include tertiary amines, quaternary ammonium salts, imidazoles, organic phosphorus compounds and boron compounds, and can be used alone or in combination.
上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸,パル
ミチン酸等の長鎖のカルボン酸,ステアリン酸亜鉛,ス
テアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩,カ
ルナバワツクス,モンタンワツクス等のワツクス類を用
いることができる。Examples of the release agent include conventionally known long-chain carboxylic acids such as stearic acid and palmitic acid, metal salts of long-chain carboxylic acids such as zinc stearate and calcium stearate, and waxes such as carnauba wax and montan wax. Can be used.
この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、例えばつぎ
のようにして製造することができる。すなわち、上記A
〜D成分ならびに上記その他の添加剤を適宜配合し、こ
の混合物をミキシングロール機等の混練機に掛け加熱状
態で溶融混合し、これを室温に冷却したのち公知の手段
により粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程
により得ることができる。The epoxy resin composition used in the present invention can be produced, for example, as follows. That is, the above A
~ D component and the above-mentioned other additives are appropriately blended, the mixture is melted and mixed in a heating state by a kneading machine such as a mixing roll machine, and then cooled to room temperature, and then pulverized by a known means. And tableting.
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子
の封止は、特に制限するものではなく、通常のトランス
フアー成形等の公知のモールド方法により行うことがで
きる。The sealing of the semiconductor element using such an epoxy resin composition is not particularly limited, and can be performed by a known molding method such as ordinary transfer molding.
このようにして得られる半導体装置は、高温放置時の
信頼性が充分保持されていると共に、高温下での機械的
物性の低下も見られない。The semiconductor device obtained in this way has sufficient reliability when left at high temperatures and does not show any deterioration in mechanical properties at high temperatures.
以上のように、この発明の半導体装置は、上記特定の
エポキシ樹脂(A成分)と、特定のフエノール樹脂(B
成分)と、臭素化エポキシ樹脂(C成分)と、Bi,Alの
水酸化物,酸化物等の化合物(D成分)とを含む特殊な
エポキシ樹脂組成物を用いて封止されており、高温雰囲
気中における長時間放置において発生するハロゲン化合
物が上記D成分によって、捕捉されるため高温放置時に
優れた信頼性を保つことができる。しかも、上記特定の
エポキシ樹脂(A成分)とフエノール樹脂(B成分)と
によって、封止樹脂の機械的強度の低下が少なく、高温
下での半導体素子の保護が充分に発揮され、上記ハロゲ
ン化合物の捕捉効果と相伴つて、高温時における信頼性
に優れている。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the specific epoxy resin (A component) and the specific phenol resin (B
Component), a brominated epoxy resin (component C), and a special epoxy resin composition containing compounds such as hydroxides and oxides of Bi and Al (component D). The halogen compound generated when left for a long time in an atmosphere is trapped by the D component, so that excellent reliability can be maintained when left at high temperature. In addition, the specific epoxy resin (component A) and the phenol resin (component B) reduce the reduction in mechanical strength of the sealing resin, sufficiently protect the semiconductor element at high temperatures, and provide the halogen compound. It is excellent in reliability at high temperature, in conjunction with the trapping effect.
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。 Next, examples will be described together with comparative examples.
〔実施例1〜9、比較例1〜5〕 後記の第1表に示すような原料を準備した。Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 Raw materials as shown in Table 1 below were prepared.
つぎに、これらの原料を後記の第2表で示す割合で配
合し、ミキシングロール機で混練して冷却後粉砕し、目
的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。Next, these raw materials were blended at the ratios shown in Table 2 below, kneaded with a mixing roll machine, cooled and pulverized to obtain a desired powdery epoxy resin composition.
上記のようにして得られた粉末状エポキシ樹脂組成物
を用いて半導体素子を封止し、得られた半導体装置の特
性を調べ後記の第3表に示した。 A semiconductor element was sealed using the powdered epoxy resin composition obtained as described above, and the characteristics of the obtained semiconductor device were examined. The results are shown in Table 3 below.
なお、上記第3表において、曲げ強度はテンシロン万
能試験機(東洋ボールドウイン社製)で測定した。高温
状態における素子不良の測定は、半導体素子を樹脂封止
して半導体装置を組み立て、全量20個を高温にさらし、
導通不良になる個数を求めて評価した。 In Table 3, the bending strength was measured with a Tensilon universal tester (manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd.). For the measurement of element failure in a high temperature state, assemble a semiconductor device by sealing a semiconductor element with resin, exposing a total of 20 pieces to high temperature,
The number of conduction failures was determined and evaluated.
第3表の結果から、実施例品は比較例品に比べて不良
素子数,高温強度の点において優れており高温下におけ
る信頼性に富んでいることがわかる。From the results shown in Table 3, it can be seen that the product of the example is superior to the product of the comparative example in terms of the number of defective elements and the high-temperature strength, and has high reliability at high temperatures.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/31 (72)発明者 北村 富士夫 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日 東電気工業株式会社内 (72)発明者 伊香 和夫 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日 東電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−202118(JP,A) 特開 昭61−138619(JP,A) 特開 昭61−221223(JP,A) 特開 昭59−200443(JP,A) 特開 昭59−227146(JP,A) 特開 昭62−136860(JP,A)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location H01L 23/31 (72) Inventor Fujio Kitamura 1-2-1, Shimohozumi, Ibaraki-shi, Osaka Nitto Inside Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Kazuo Ika 1-1-2 Shimohozumi, Ibaraki-shi, Osaka Nitto Electric Industry Co., Ltd. (56) References JP-A-60-202118 (JP, A) JP-A Sho JP-A-61-138619 (JP, A) JP-A-61-221223 (JP, A) JP-A-59-200443 (JP, A) JP-A-59-227146 (JP, A) JP-A-62-136860 (JP, A) A)
Claims (2)
キシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導
体装置。 (A)ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂で
あって1分子中にエポキシ基を少なくとも3個有するエ
ポキシ樹脂。 (B)ノボラツク型フエノール樹脂以外のフエノール樹
脂であって1分子中にフエニル基を少なくとも3個有す
るフエノール樹脂。 (C)臭素化エポキシ樹脂。 (D)Biの水酸化物,Biの酸化物,Alの水酸化物およびAl
の酸化物からなる群から選択された少なくとも一つの化
合物。1. A semiconductor device comprising a semiconductor element encapsulated with an epoxy resin composition containing the following components (A) to (D). (A) An epoxy resin other than a novolak type epoxy resin having at least three epoxy groups in one molecule. (B) A phenolic resin other than a novolak type phenolic resin having at least three phenyl groups in one molecule. (C) Brominated epoxy resin. (D) Bi hydroxide, Bi oxide, Al hydroxide and Al
At least one compound selected from the group consisting of oxides of
分のフエノール樹脂の少なくとも一方が、下記の一般式
(1) で表されるオルガノポリシロキサンと反応しているもの
である特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。2. The resin according to claim 1, wherein at least one of the epoxy resin (A) and the phenol resin (B) is of the following general formula (1): 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is one which has reacted with an organopolysiloxane represented by the following formula.
Priority Applications (1)
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JP62259962A JP2568584B2 (en) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | Semiconductor device |
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JP62259962A JP2568584B2 (en) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | Semiconductor device |
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JPH01101658A JPH01101658A (en) | 1989-04-19 |
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1987
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JPH01101658A (en) | 1989-04-19 |
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