JP3214745B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JP3214745B2 JP33200392A JP33200392A JP3214745B2 JP 3214745 B2 JP3214745 B2 JP 3214745B2 JP 33200392 A JP33200392 A JP 33200392A JP 33200392 A JP33200392 A JP 33200392A JP 3214745 B2 JP3214745 B2 JP 3214745B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐湿性、耐熱性、機械
的強度、接着性、硬化特性および作業性に優れた有用な
エポキシ樹脂組成物に関する。更に詳しくは、注型、積
層、接着、成形等の用途に適し、殊に半導体集積回路
(IC)の封止用成形材料に適した耐湿性、耐熱性、接
着性、機械的強度、硬化特性および作業性に優れた樹脂
組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂組成物において、従来用い
られてきた硬化剤は数多くある。例えば、ジエチレント
リアミン、イソホロンジアミン、m−キシリレンジアミ
ン、m−フェニレンジアミン、 4,4−ジアミノジフェニ
ルスルホン等の脂肪族又は芳香族アミン化合物、無水フ
タル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無
水マレイン酸等の酸無水物、フェノールノボラック等の
フェノール樹脂、その他ポリアミド、変成ポリアミン
類、イミダゾール類等である。しかしながら、これらの
硬化剤を用いて各種エポキシ樹脂を硬化させた場合、得
られるエポキシ樹脂組成物は、性能的に一長一短があ
り、各利用分野において要求される性能を満足し得るも
のとは言い難い。
【0003】例えば、フェノールノボラック樹脂は、I
C回路の封止剤用途に用いられる最も一般的なエポキシ
樹脂用硬化剤であるが、このフェノールノボラック樹脂
を硬化剤として単独で用いた時に得られる硬化組成物
は、耐熱性は比較的高い水準にあるものの、耐湿性に問
題がある。また、 4,4−ジアミノジフェニルスルホンも
同様に、その耐熱性は満足できる水準にあるが、吸水率
がかなり大きなものとなる。近年、耐湿性を改善する目
的で、幾つかの硬化剤が提案されている。例えば、
(a)下記式(II)(化2)で表わされるフェノールア
ラルキル樹脂を硬化剤に用いるエポキシ樹脂組成物(特
開昭59−105018)、(b)下記式(III)(化
2)で表わされるナフトールアラルキル樹脂を硬化剤に
用いるエポキシ樹脂組成物(特開平4−09332
0)、(c)下記式(IV)(化2)で表わされるジシク
ロペンタジエンフェノール樹脂を硬化剤に用いるエポキ
シ樹脂組成物(特開平3−40052)等がある。
【0004】
【化2】
【0005】しかし、(a)のエポキシ樹脂組成物を用
いた硬化組成物では、水酸基密度の低下によって、耐湿
性は幾分向上するが、耐熱性や機械的強度が不足する。
(b)、(c)のエポキシ樹脂組成物を用いた硬化組成
物では、剛直なナフタレン骨格またはトリシクロデカン
環を有するために、耐湿性、耐熱性、機械的強度とも高
い水準にあるが、硬化剤としての流動性が不十分であ
る。従って、エポキシ樹脂組成物を得る場合、またはこ
れを用いて注型加工する場合、作業性に問題がある。ま
た、(b)、(c)のエポキシ樹脂組成物では、立体障
害等の作用によって硬化速度が遅いことが問題となって
いる。近年、半導体封止用樹脂組成物においては、成形
サイクル短縮のため、硬化速度を速めることが要求され
ている。このような問題の対応として、一般的な方法で
は硬化促進剤を増加させることが考えられるが、この方
法では、配合、混練時の熱安定性や保存安定性が悪くな
る。したがって、硬化促進剤の増量によらない硬化性の
改良が望まれている。このように、ある性能において高
い水準を得ようとすれば、他のいずれかの性能を犠牲に
してしまうのが現状である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐湿
性、耐熱性、機械的強度、接着性、機械的強度、硬化特
性および作業性等の性能のバランスに優れたエポキシ樹
脂組成物を与える硬化剤を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至
ったものである。すなわち、本発明は、エポキシ樹脂お
よび硬化剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物におい
て、硬化剤成分として、下記式(I)(化3)で表わさ
れるポリチオフェノール類(ただし、ビスフェノール化
合物単体のみの場合を除く)を全硬化剤中に5〜50重
量%含むものを用いることを特徴とする硬化性、接着
性、作業性に優れたエポキシ樹脂組成物、およびこのエ
ポキシ樹脂組成物を使用する半導体封止用樹脂組成物に
関するものである。
【0008】
【化3】 (式中、Rは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12
のアルキル基、アリール基、アラルキル基、シクロアル
キル基、アルコキシ基または水酸基を表し、mは1〜1
0の数を表す) 本発明のエポキシ樹脂組成物、またはこれを用いた半導
体封止用樹脂組成物では、現状の諸性能を維持しつつ、
特に硬化剤としての溶融流動性向上と、これに関連する
配合、混練時の作業性の向上および硬化性の改良が達成
できる。
【0009】本発明のエポキシ樹脂組成物では、硬化剤
として、前記一般式(I)で表わされるポリチオフェノ
ール類と公知のエポキシ樹脂用硬化剤を併用する。これ
ら硬化剤全体に占めるポリチオフェノール類の割合は、
5〜50重量%、好ましくは10〜35重量%である。
このポリチオフェノール類としては、前記式(I)にお
いて、Rが水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12の
アルキル基、アリール基、アラルキル基、シクロアルキ
ル基、アルコキシ基または水酸基であり、mは多くても
10までの数のものである。これらは、例えば、露国特
許SU−1370118号公報、米国特許US−329
6310号公報等に記載されるフェノール類と硫黄の反
応による方法、または、ケミカルアブストラクツ97巻
(26),216833zに記載されるフェノール類と
塩化硫黄類の反応による方法等から導かれる。
【0010】これらを具体的に例示すると、ポリチオフ
ェノール、ポリチオ−o−クレゾール、ポリチオ−m−
クレゾール、ポリチオ−p−クレゾール、ポリチオ−o
−エチルフェノール、ポリチオ−m−エチルフェノー
ル、ポリチオ−p−エチルフェノール、ポリチオ−o−
n−プロピルフェノール、ポリチオ−m−n−プロピル
フェノール、ポリチオ−p−n−プロピルフェノール、
ポリチオ−o−イソプロピルフェノール、ポリチオ−m
−イソプロピルフェノール、ポリチオ−p−イソプロピ
ルフェノール、ポリチオ−o−t−ブチルフェノール、
ポリチオ−m−t−ブチルフェノール、ポリチオ−p−
t−ブチルフェノール、ポリチオ−o−sec−ブチル
フェノール、ポリチオ−m−sec−ブチルフェノー
ル、ポリチオ−p−sec−ブチルフェノール、ポリチ
オ−p−t−アミルフェノール、ポリチオ−o−シクロ
ヘキシルフェノール、ポリチオ−p−シクロヘキシルフ
ェノール、ポリチオ−o−フェニルフェノール、ポリチ
オ−p−フェニルフェノール、ポリチオ−p−t−オク
チルフェノール、ポリチオ−o−ベンジルフェノール、
ポリチオ−p−ベンジルフェノール、ポリチオ−o−α
−メチルベンジルフェノール、ポリチオ−p−α−メチ
ルベンジルフェノール、ポリチオ−p−クミルフェノー
ル、ポリチオ−p−ノニルフェノール、ポリチオ−p−
ドデシルフェノール、ポリチオ−o−クロロフェノー
ル、ポリチオ−p−クロロフェノール、ポリチオ−o−
ブロモフェノール、ポリチオ−p−ブロモフェノール、
ポリチオ−o−メトキシフェノール、ポリチオ−m−メ
トキシフェノール、ポリチオ−p−メトキシフェノー
ル、ポリチオレゾルシン、ポリチオハイドロキノン、ポ
リチオカテコール等が挙げられるが、これらのみに限定
されるものではない。また、これらは、二種以上併用し
ても何ら差し支えない。これらポリチオフェノール類の
うち、特に好ましくは、ポリチオフェノール、ポリチオ
クレゾールである。これらのポリチオフェノールは、そ
れ自体溶融粘度が極めて低いという特徴を有し、この特
徴を活かして作業性等の改良が達成される。
【0011】本発明のエポキシ樹脂組成物において、上
記ポリチオフェノール類と併用される公知のエポキシ樹
脂用硬化剤としては、フェノール、クレゾール、キシレ
ノール、ナフトール、レゾルシン、カテコール、ビスフ
ェノールA、ビスフェノールF、チオジフェノールなど
のフェノール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒ
ド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチ
ルアルデヒドなどのアルデヒド類とを、酸性触媒の存在
下で縮合反応させて得られるノボラック型フェノール樹
脂、フェノール類とジシクロペンタジエンからなるジシ
クロペンタジエン−フェノール樹脂、フェノール、ナフ
トール等とアラルキルアルコール誘導体を縮合させて得
られるフェノールアラルキル樹脂、フェノール類とテル
ペン類を縮合させて得られるテルペン−フェノール樹脂
等が挙げられる。これらのうち、特に好ましくは、前記
式(II)、(III)または(IV)で表わされるフェノール
アラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール樹
脂またはナフトールアラルキル樹脂である。
【0012】本発明における全硬化剤の使用量は、エポ
キシ樹脂中のエポキシ基と全硬化剤中の活性水素の当量
比で、エポキシ基に対し、全硬化剤中の活性水素が0.
5〜1.5、好ましくは0.8〜1.2の範囲であるこ
とが好ましい。本発明において用いられるエポキシ樹脂
は、1分子中に2個以上のエポキシ基を持つエポキシ樹
脂であれば、全てのエポキシ樹脂を使用することができ
る。例えば、 2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プ
ロパン、 2,2−ビス( 3,5−ジブロム−4−ヒドロキシ
フェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)
メタン、フェノールノボラック樹脂、o−クレゾールノ
ボラック樹脂、 4,4−メチレンジアニリン、フェノール
アラルキル樹脂、レゾルシンアラルキル樹脂、レゾルシ
ン、ハイドロキノン、ビスヒドロキシジフェニルエーテ
ル、ビスヒドロキシビフェニル、そのアルキル置換体、
トリヒドロキシフェニルメタン、テトラヒドロキシフェ
ニルメタン、テトラヒドロキシフェニルエタン、アルカ
ンテトラキスフェノール、ジヒドロキシナフタリンおよ
びその縮合物等の多価フェノール類、レゾールフェノー
ル樹脂等のフェノール樹脂、エチレングリコール、ネオ
ペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロ
パン、ペンタエリスリトール、ジエチレングリコール、
ポリプロピレングリコール等の多価アルコール類、エチ
レンジアミン、アニリン、ビス(4−アミノフェニル)
メタン等のアミン類、アジピン類、フタル酸、イソフタ
ル酸等の多価カルボン酸類とエピハロヒドリンとを反応
させて得られるエポキシ樹脂等が使用できる。
【0013】また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、
必要に応じて、無機充填剤や各種添加剤を配合すること
ができる。使用される無機充填剤としては、シリカ、ア
ルミナ、窒化珪素、炭化珪素、タルク、ケイ酸カルシウ
ム、炭酸カルシウム、マイカ、クレー、チタンホワイト
等の粉体、ガラス繊維、カーボン繊維等の繊維体が例示
される。これらの中で熱膨張率と熱伝導率の点から、結
晶性シリカおよび/または溶融性シリカが好ましい。さ
らに、樹脂組成物の成形時の流動性を考えるとその形状
は、球形、または球形と不定型の混合物が好ましい。無
機充填剤の配合量は、エポキシ樹脂および硬化剤の総重
量に対して、100〜900重量%であり、好ましくは
200〜600重量%である。
【0014】また、上記の無機充填剤は、機械的強度、
耐熱性の点から、樹脂との接着性に優れたものがよく、
接着性向上の目的で、カップリング剤を併用することが
好ましい。かかるカップリング剤としては、シラン系、
チタネート系、アルミネート系、およびジルコアルミネ
ート系等のカップリング剤が使用できる。その中でも、
シラン系カップリング剤が好ましく、特に、エポキシ樹
脂と反応する官能基を有するシラン系カップリング剤が
最も好ましい。かかるシラン系カップリング剤の例とし
ては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシ
シラン、N−(2−アミノメチル)−3−アミノプロピ
ルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)
−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノ
プロピルトリエトキシシラン、3−アニリノプロピルト
リメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメト
キシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキ
シシラン、2−( 3,4−エポキシシクロヘキシル)エチ
ルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルト
リメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキ
シシラン等を挙げることができ、これらを単独、あるい
は併用して使用することができる。これらのシラン系カ
ップリング剤は、予め無機充填剤の表面に吸着あるいは
反応により固定化されているのが好ましい。
【0015】本発明において、樹脂組成物を硬化させる
にあたっては、硬化促進剤を使用することが望ましい。
かかる硬化促進剤としては、2−メチルイミダゾール、
2−メチル−4−エチルイミダゾール、2−ヘプタデシ
ルイミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールア
ミン、トリエチレンジアミン、N−メチルモルホリン等
のアミン類、トリブチルホスフィン、トリフェニルホス
フィン、トリトリルホスフィン等の有機ホスフィン類、
テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、
トリエチルアンモニウムテトラフェニルボレート等のテ
トラフェニルボロン類、 1,8−ジアザ−ビシクロ( 5,
4,0)ウンデセン−7およびその誘導体がある。上記硬
化促進剤は、単独で用いても、また、2種類以上を併用
してもよく、また、これら硬化促進剤の配合は、エポキ
シ樹脂および硬化剤の合計量100重量部に対して、
0.01〜10重量部の範囲で用いられる。本発明のエ
ポキシ樹脂組成物には、上記各成分の他、必要に応じ
て、脂肪酸、脂肪酸塩、ワックス等の離型剤、ブロム化
合物、アンチモン、りん等の難燃剤、カーボンブラック
等の着色剤、各種シリコーンオイル等を配合し、混合、
混練して成形材料とすることができる。
【0016】
【実施例】次に、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。 合成例1 攪拌器、温度計、ディーンスターク共沸トラップおよび
冷却器を付した反応装置に、α,α’−ジメトキシ−p
−キシレン249g(1.5モル)、β−ナフトール6
48g(4.5モル)およびトリフルオロメタンスルホ
ン酸0.45gを入れ、攪拌を行いながら、150〜1
60℃で4時間反応を行った。生成するメタノールは順
次トラップし、系外へ除去した。反応終了後、未反応ナ
フトールを減圧蒸留により除去し、前記一般式(III)の
構造を持つ465gのβ−ナフトールアラルキル樹脂を
得た。高速液体クロマトグラフィーによる樹脂の組成は
以下の通りであった。 n=0 51.0% n=1 25.7% n=2 12.7% n≧3 10.6% この樹脂のヒドロキシ当量は、232.5g/eqであ
った。軟化点(JIS−K−2548)は98℃であ
り、ICI溶融粘度(150℃)は10.2ポイズであ
った。
【0017】合成例2 攪拌器、温度計および冷却器を付した反応装置に、フェ
ノール705g(7.5モル)とトリフルオロメタンス
ルホン酸0.9gを入れ、40〜50℃で攪拌を行いな
がら、ジシクロペンタジエン198g(1.5モル)を
3.5時間で滴下した。同温度で1時間攪拌を続けた
後、1時間で140℃まで昇温し、140〜150℃で
3時間反応を行った。反応終了後、未反応フェノールを
減圧蒸留により除去し、一般式(IV)の構造を持つ43
2gのフェノール−ジシクロペンタジエン樹脂を得た。
高速液体クロマトグラフィーによる樹脂の組成は以下の
通りであった。 n=0 49.7% n=1 26.5% n=2 10.8% n≧3 13.0% この樹脂のヒドロキシ当量は、173g/eqであっ
た。軟化点は123℃であり、ICI溶融粘度(150
℃)は6.6ポイズであった。
【0018】合成例3 反応器に、硫黄粉末218g(6.8モル)とフェノー
ル543.3g(5.78モル)および96%フレーク
状苛性ソーダ17.9g(0.425モル)を仕込み、
攪拌しながら、ゆっくり昇温させた。内温175〜18
0℃で6時間、熟成を行って反応を終了した。このの
ち、減圧下で、未反応のフェノールを除去し、残渣にト
ルエン2000mlを加え、溶解させた後、水1000
mlを加え、希塩酸で中和した。これを静置すると、二
層に分離したので、下層の水層を分液除去し、更に水1
000mlで洗浄、分液を行った。こののち、トルエン
層からトルエンを留去させて残渣である暗褐色樹脂状の
ポリチオフェノールを得た。収量412gであり、分析
値は表−1(表1)に示した。
【0019】合成例4 硫黄に対して、フェノールを等モル量、苛性ソーダを
0.1モル比用いた以外は、合成例3と同様に行って、
ポリチオフェノールを得た。得られたポリチオフェノー
ルの分析値を表−1に示した。 合成例5 フェノールをo−クレゾールに変えた以外は、合成例4
と同様に行って、ポリチオ−o−クレゾールを得た。そ
の分析値を表−1に示した。
【0020】
【表1】
【0021】実施例1 合成例1で得られたナフトールアラルキル樹脂80部に
対し、合成例4で得られたポリチオフェノール20部を
溶融混合し、混合硬化剤を調製した。このものの軟化点
は77℃であり、ICI溶融粘度(150℃)は3.6
ポイズであった。この混合硬化剤とo−クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂(EOCN−102S)および各
種フィラーを表−2(表2)に示す割合で配合し、その
混合物を注型加工して得られる硬化物の物性を測定し
た。表−2に結果を示した。
【0022】実施例2 合成例2で得られたフェノール−ジシクロペンタジエン
樹脂70部と合成例5で得られたポリチオフェノール3
0部を溶融混合し、混合硬化剤を調製した。このものの
軟化点は93℃であり、ICI溶融粘度(150℃)は
2.5ポイズであった。この混合硬化剤を用いて実施例
1と同様に、エポキシ樹脂組成物を得、その硬化物の物
性を測定した。表−2に結果を示した。
【0023】合成例6 攪拌器、温度計およびディーンスターク共沸トラップお
よび冷却器を付した反応装置に、合成例2で製造したフ
ェノールジシクロペンタジエン樹脂150g、エピクロ
ルヒドリン402.4g(4.35モル)を装入し、攪
拌を行いながら60℃に加熱し、完全に溶解させた。引
き続き攪拌を続けながら、45%水酸化ナトリウム水溶
液85.0gを2時間で滴下した。滴下中、反応温度は
60〜65℃に保ちながら系内を110〜130mmH
gに減圧して、共沸されてくるエピクロルヒドリンは系
内に戻し、水は系外へ除去した。水酸化ナトリウム水溶
液の滴下が終了した後、水の留出がなくなるまで反応を
続けた。反応終了後、室温まで冷却し、副生した無機塩
を濾過した。濾過液からエピクロルヒドリンを減圧蒸留
し、フェノール−ジシクロペンタジエン樹脂の粗エポキ
シ化物を187.1g得た。この粗エポキシ化物を90
0gのメチルイソブチルケトンに溶解し、5%水酸化ナ
トリウム水溶液50gを加え、60℃において30分間
攪拌した。静置した後下層にくる水層を排出し、有機層
が中性になるまで水で洗浄した後、メチルイソブチルケ
トンを減圧蒸留して除去した。このようにして、フェノ
ール−ジシクロペンタジエン樹脂の精エポキシ樹脂18
2.5gを得た。このもののエポキシ当量は270.7
g/eqであリ、軟化点は88℃であった。
【0024】実施例3 合成例1で得られたナフトールアラルキル樹脂90部に
対し、合成例3で得られたポリチオフェノール10部を
溶融混合し、混合硬化剤を調製した。このものの軟化点
は90℃であり、ICI溶融粘度(150℃)は6.8
ポイズであった。この混合硬化剤と合成例6で得られた
フェノールジシクロペンタジエン樹脂のエポキシ化物を
表−2に示す割合で配合し、その混合物を注型加工して
得られる硬化物の物性を測定した。結果を表−2に示し
た。
【0025】比較例1 実施例1において、硬化剤として合成例1で得られたナ
フトールアラルキル樹脂を用いて、同様にして得た硬化
物の物性を測定した。表−2に結果を示した。 比較例2 実施例1において、硬化剤として合成例2で得られたフ
ェノールジシクロペンタジエン樹脂を用いて得た硬化物
の物性を測定した。表−2に結果を示した。なお、硬化
物は硬化剤樹脂の軟化点が高いため、少量のアセトンを
用いて配合、混練して得られた混合物を注型加工して得
た。
【0026】
【表2】 表−2の注 EOCN−102S:o−クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂 エポキシ当量214(日本化薬製) C11Z: 2−ウンデシルイミダゾール(四国化成
製) 無機充填剤:球形溶融シリカ(ハリミックS−CO、
(株)マイクロン製) 50重量部と不定型溶融シリカ(ヒューズレックスRD
−8(株)龍森製)50重量部の混合物 シリカカップリング剤:(SZ−6083(株)、東レ
ダウコーニングシリコン製) ガラス転移温度:TMA法(島津TMA−システムDT
−30)
【0027】
【発明の効果】本発明により提供されるエポキシ樹脂組
成物は、通常の諸性能を維持しつつ、配合、混練等の作
業性向上および硬化速度向上による成形工程の合理化が
達成できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−198314(JP,A) 特開 昭64−65118(JP,A) 特開 昭64−65117(JP,A) 特開 平5−239189(JP,A) 特開 平6−145306(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/62 H01L 23/29

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂および硬化剤を主成分とす
    るエポキシ樹脂組成物において、硬化剤成分として、全
    硬化剤中に下記式(I)(化1)で表わされるポリチオ
    フェノール類(ただし、ビスチオフェノール化合物単体
    のみの場合を除く)を 【化1】 (式中、Rは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12
    のアルキル基、アリール基、アラルキル基、シクロアル
    キル基、アルコキシ基または水酸基を表し、mは1〜1
    0の数を表す)5〜50重量%含むものを用いることを
    特徴とする硬化性、接着性、作業性に優れたエポキシ樹
    脂組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエポキシ樹脂組成物を使
    用する半導体封止用樹脂組成物。
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