JP3356398B2 - ディスクリート素子封止用のエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
ディスクリート素子封止用のエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置Info
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Description
子(「個別半導体素子」とも言う)の封止に使用される
エポキシ樹脂組成物と、これを用いた樹脂封止型半導体
装置に関する。
ジスター、ダイオード、光電変換素子、サーミスタ、バ
リスタ、サイリスタ、ホトカプラ、抵抗器、コンデン
サ、変成器など)の封止やパッケージ化には熱硬化性樹
組成物を用いる方法が一般的であり、エポキシ樹脂組成
物による封止が、経済性と性能のバランスの点で好まし
く、広く行われている。
LSI分野では半導体の実装方法が従来のピン挿入方式
から表面実装方式に移行してきた。ディスクリート分野
でも、その傾向が進んで来ていたが、今までは半田後の
耐湿性等、市場では厳しい要求がされなかった。表面実
装ダイオードやトランジスター等の小信号系の電子部品
の封止には、コスト及び市場の要求ニーズの関係から特
に、汎用のオルソクレゾール型エポキシ樹脂が使用され
てきた。ダイオードについても、その流れに沿って表面
実装タイプのものに移行して行く傾向にある。使用する
樹脂組成物についても、パッケージの厚みやユーザー使
用要求の低さより、やはり、エポキシ樹脂組成物が主流
であった。トランジスターにおいては、その流れに沿っ
て表面実装タイプのものに移行して行く傾向にあるもの
と、ハイパワー出力が可能な大型フルモールドパッケー
ジに分けられる。
ィスクリート部品についても、表面実装方式はもちろん
ピン挿入方式のパッケージに対しても非常にレベルの高
い耐湿信頼性が要求されてきている。半導体装置の樹脂
封止は、例えばリードフレーム用金属上に半導体素子を
搭載し、その半導体素子とリードフレームをボンディン
グワイヤー等を用いて電気的に接続し、金型を使用し
て、耐湿信頼性半導体素子の全体及びリードフレームの
一部を、封止樹脂で封止することにより行われる。
ると、電子部品を母基板に実装する時のハンダ付けの熱
衝撃により、吸湿水分が急激に膨張して、樹脂硬化物の
内部にクラックが発生し、耐湿信頼性が低下するという
問題の生じるので、その対策が求められている。表面実
装方式の場合、赤外線リフロー及び半田付け工程等で、
パッケージ全体が高温加熱されることになるため、耐湿
性向上の要求が特に強くなってきている。特に車載分野
を中心に、表面実装トランジスターなどの小信号系の電
子部品、特にディスクリート素子についても、赤外線リ
フローおよび半田後の耐湿性向上の要求がきつくなって
きている。また、大型パッケージにおいては、形状が複
雑になり、薄肉部の充填性が難しくリードフレームメッ
キの種類によっては密着性が問題になり、成形直後パッ
ケージが膨れるような成形の不具合の問題が発生するこ
とがよくある。
どの光半導体(ディスクリート素子の光半導体)を封止
するのに利用されており、発光素子、受光素子を直に覆
うインナー封止材とインナー封止材を覆うアウター封止
材との少なくとも2層を有する。インナー封止材として
は、一般に半導体の封止に使用されている樹脂組成物で
は光透過率が悪いため使用できないため、光透過性を考
慮に入れた材料が使用されている。しかしながら材料の
基本的成分は一般的なオルソクレゾール型エポキシ樹脂
が使用されている。アウター封止材としては一般的な材
料と同じ封止材が使用されている。このような多重モー
ルドに関しても表面実装方式が採られることが増えてき
ており赤外線リフロー及び半田付け工程等でパッケージ
全体が高温加熱されることになる。そのため、チップお
よびリートフレームとの密着、インナー封止材とアウタ
ー封止材との密着が低下し、耐湿性の低下が懸念されて
いる。
は、リードフレームとの密着性および吸湿半田後の耐湿
信頼性に優れる、ディスクリート素子封止用エポキシ樹
脂組成物と樹脂封止型半導体装置封止方法を提供するこ
とにある。
用のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と硬化剤を必
須成分として含む。本発明者は、一般の要求に従い、エ
ポキシ樹脂を使用しながら、上記課題を解決するため
に、エポキシ樹脂の種類について種々検討を重ねた。そ
の結果、特定の構造を有するエポキシ樹脂を採用するこ
とにより上記の課題を解決することができるとの見通し
を得て、本発明を完成した。
シ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と硬化剤を含むエポキシ
樹脂組成物において、前記エポキシ樹脂として下記構造
式(1)で示される化合物が用いられていることを特徴
とする。
ディスクリート素子を封止するためのエポキシ樹脂組成
物として本発明にかかる上記エポキシ樹脂組成物が用い
られていることを特徴とする。この場合、半導体装置の
種類は、限定する訳ではないが、たとえば、ディスクリ
ート素子がワイヤレスタイプの表面実装ダイオードであ
り、アノードとカソードの間に樹脂層が介在する3相構
造をとる半導体装置であるときに、上記エポキシ樹脂組
成物が特に好ましく採用される。
樹脂としては、下記構造式(1)で示されるエポキシ樹
脂が必ず使用されるが、これ以外のエポキシ樹脂を併用
しても良い。
は、大日本インキ化学工業(株)EXA7200の他、
日本化学(株)から市販されている。構造式(1)で示
されるエポキシ樹脂の使用量は、使用エポキシ樹脂全体
中の20〜100重量%であることが好ましい。20重
量%を下回ると、耐湿性向上効果、リードフレームとの
密着性向上効果、または、インナー封止材との密着性向
上効果が低くなるからである。
用されるエポキシ樹脂は、1分子中に2個以上のエポキ
シ基を持っていれば特に制限はないが、光半導体の封止
に用いる場合は、比較的着色の少ないものが好ましい。
好ましい例としては、オルソクレゾール型、ビスフェノ
ール型、ブロム含有型ナフタレン型エポキシ等を併用す
ることができる。これらは単独で用いても併用してもよ
い。
ものであれば特に制限はないが、光半導体封止のために
は比較的着色の少ないものが好ましい。好ましい例とし
ては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、
フェノールアラルキル、ナフトールアラルキルその他
の、各種多価フェノール化合物などを用いることができ
る。他の硬化剤を併用する場合は、その配合量は硬化剤
全体の50重量%以下に止めることが好ましい。
当量に対して硬化剤の当量を0.5〜1.5の範囲に設
定することが好ましく、特に好ましくは0.7〜1.0
である。硬化剤の当量が0.7未満であれば離型性が悪
く、1.0を超えると吸湿が増加し、信頼性が悪くなる
傾向がある。エポキシ樹脂組成物では、硬化促進のため
に、通常、硬化促進剤が用いられる。硬化促進剤として
は、エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用があ
るものであれば特に制限はないが、比較的着色の少ない
ものが好ましい。好ましい例としては、トリフェニルホ
スフィン等の有機ホスフィン類;ジアザビシクロウンデ
ンセン等の三級アミン類;2−メチルイミダゾール、2
−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類などを用い
ることができる。これは単独で用いてもよく、併用して
もよい。
体に対して硬化促進剤0.05〜1.0重量%であるこ
とが好ましい。硬化促進剤の配合量が0.05重量%未
満では、ゲル化時間が遅くなり、硬化作業性を著しく低
下させる傾向がみられ、逆に1.0重量%を超えると、
硬化が急速に進み、その結果、発熱が大きくなってクラ
ックや発泡を生じる恐れがあるからである。
を用いて行うのが、普通であり、脱型を容易にするため
に、本発明にかかるエポキシ樹脂組成物でも離型剤を配
合しておくことが好ましい。離型剤としては、例えば、
天然カルナバ系、高級脂肪酸、ポリエチレン系ワックス
などを用いることができ、単独で用いても、2種類以上
を併用してもよい。具体的には、カルナバワックス、ス
テアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレ
フイン等が好ましく用いられる。これらは単独で使用さ
れるほか、併用されることもある。離型剤の配合割合は
組成物全体の0.05〜1.5重量%であることが好ま
しい。
ラックを生じにくくさせたりするために、本発明にかか
るエポキシ樹脂組成物でも無機充填材を配合しておくこ
とが好ましい。無機充填材としては、特に限定する訳で
はないが、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪
素等を用いることができ、これらは単独で使用されるほ
か、併用されることもある。充填材の配合割合は組成物
全体の65〜90重量%であることが好ましい。特に、
組成物全体の線膨張係数が1.1〜5(×10 -5/℃)
に入るよう、配合量を決定するのが好ましい。
には、必要に応じて、着色剤、低応力化剤、難燃剤、シ
ランカップリング剤、シリコーン可撓剤等が適宜量添加
されてよい。着色剤としては、例えばカーボンブラッ
ク、酸化チタン等が挙げられる。光半導体を封止すると
きには、特に多重モールドのインナー封止材としては、
光透過率を低下させる着色剤は配合しない方が好まし
い。低応力化剤としては、例えば、シリコーンゲル、シ
リコーンゴム、シリコーンオイル等が挙げられる。難燃
剤としては、例えば、三酸化アンチモン、ハロゲン化合
物、リン化合物等が挙げられる。前記着色剤、低応力化
剤、難燃剤等は2種類以上を併用することもできる。
各成分をミキサー、ブレンダー等によって均一に混合し
たのち、ロール、ニーダー等によって加熱、混練するこ
とで製造することができる。混練後、必要に応じて冷却
固化し、粉砕して粉状等にしてもよい。成分の配合順序
は特に制限はない。本発明のエポキシ樹脂組成物は、よ
り具体的には、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促
進剤、離型剤、充填材その他の配合成分を溶解混合又は
溶融混合した後、3本ロール等で溶融混練し、この混練
物を冷却・固化した後、粉砕し、必要ならタブレット状
に打錠することにより製造することができる。性状が室
温で液状の場合は、溶解混合又は溶融混練までで製造す
ることができる。 (半導体装置の封止)このようにして得られたエポキシ
樹脂組成物は、金型を用い、固形の場合はタブレットを
トランスファー成形することにより、また、液状の場合
はキャスティングやポッティング、印刷等の方式で注
型、硬化させることにより、光半導体装置、その他の半
導体装置のリードフレームに搭載したディスクリート素
子を封止することができる。
の点で銅や銅合金製のリードフレームが、また、熱膨張
率の点で42アロイ合金製のリードフレームが一般に使
用されている。これらのリードフレームは、金線等のボ
ンディングワイヤーとの接着性が低いため、リードフレ
ームのボンディングワイヤーと接続しようとする部分に
あらかじめ銀メッキや金メッキを行った後、ボンディン
グワイヤーと接続し、接続の信頼性を改良するようにし
ている。銅系のリードフレームではニッケルや銀のメッ
キ処理を行うことが多い。
ート素子がワイヤレスタイプの表面実装ダイオードであ
り、アノードとカソードの間に樹脂層が介在する3相構
造をとる半導体装置である場合に、本発明にかかる前記
エポキシ樹脂組成物を適用することが特に好ましい。本
発明にかかる半導体装置は、本発明にかかる前記エポキ
シ樹脂組成物を適用することにより、今まで特に重要視
されてこなかったトランジスター分野の耐湿信頼性及び
成形性に優れ、特に表面実装ミニトランジスター分野で
は半田後の耐湿信頼性、大型パワートランジスター分野
では成形性に優れる、という効果を奏することができ
る。
フレームが表面にメッキ処理されていることのある前記
銅系のフレームであり、前記エポキシ樹脂組成物の線膨
張係数が1.1×10-5/℃〜2.5×10-5/℃であ
るときに、特に優れた耐湿性効果が得られやすい。本発
明にかかる半導体装置は、多重モールドのインナー封止
材として本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた場合には
リードフレームとの密着性が向上し、半田後の耐湿性が
向上する。アウター封止材として本発明のエポキシ樹脂
組成物を用いた場合にはリードフレームとの密着性が向
上する。また、インナー封止材およびアウター封止材と
して本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた場合にはリー
ドフレームとの密着性が向上するとともに、インナー封
止材とアウター封止材との密着性が向上し、半田後の耐
湿性が一層向上する。
装ダイオードの封止)表1および表2に示す配合でエポ
キシ樹脂組成物を製造し、半導体装置の封止を行った。
エポキシ樹脂(A)は前記構造式(1)を有するもの
(式中のn=0〜5)であり、表1および表2の配合に
おける単位は重量基準である。表1および表2には各エ
ポキシ樹脂組成物の特性、すなわち線膨張係数、ガラス
転移温度、曲げ弾性率と吸湿率を併記した。
おりであり、半導体封止条件は以下のとおりであった。 (エポキシ樹脂組成物の製造条件)各成分をミキサー等
によって均一に混合したのちロール,ニーダー等によっ
て混練することによって製造した。すなわち、2軸加熱
ロールを用いて温度85℃で5分間混練し、次いで冷却
した。その後、粉砕機で粉砕して、封止材料を得た。 (封止条件)半導体素子としては表面実装ダイオード
(ショットキーダイオード)銅フレームを用いた。トラ
ンスファプレスを用い、成形圧力70kg/cm2 :成
形温度175℃、成形時間90秒で上記ダイオードを封
止成形して、半導体装置の成形品を得た。
以下の評価方法で耐湿性評価試験を行い、その結果も併
記した。 (耐湿性評価試験)上述のようにして得た樹脂封止型半
導体装置を、85℃、85%RH、72hrの条件で前
処理した後、260℃×10s の半田浸漬を実施し、そ
の後にPCT試験とTCT試験を行った。ここに、PC
T試験とは、2気圧、121℃、300時間の処理を行
った後の回路不良数をカウントする評価試験であり、T
CT試験とは、−65℃、30分→常温、5分→150
℃、30分を1サイクルとして、1000サイクル行っ
た時の回路不良数をカウントする評価試験である。
面実装トランジスターの封止)表3および4に示す配合
でエポキシ樹脂組成物を製造し、半導体装置の封止を行
った。エポキシ樹脂(A)は前記構造式(1)を有する
ものであり、表3および4の配合における単位は重量基
準である。表3および4には各エポキシ樹脂組成物の特
性、すなわち線膨張係数、ガラス転移温度、曲げ弾性率
と吸湿率を併記した。
おりであり、半導体封止条件は以下のとおりであった。 (エポキシ樹脂組成物の製造条件)各成分をミキサー等
によって均一に混合したのちロール,ニーダー等によっ
て混練することによって製造した。すなわち、2軸加熱
ロールを用いて温度85℃で5分間混練し、次いで冷却
した。その後、粉砕機で粉砕して、封止材料を得た。 (封止条件)半導体素子としてはTO−3P型パワート
ランジスターNiメッキフレームを用いた。トランスフ
ァプレスを用い、次の成形条件で上記トランジスターを
封止成形して、半導体装置の成形品を得た。成形後、1
75±3℃で6時間処理した。
法で耐湿信頼性評価試験と密着性評価試験を行い、その
結果を表3および4に示した。 (成形直後のパッケージ外観)上述のようにして得た樹
脂封止型半導体装置を、成形直後の外観を観察し、ウエ
ルド、ピンホールまたはフクレが発生したものを不良品
数としてカウントした。 (耐湿信頼性評価試験)上述のようにして得た樹脂封止
型半導体装置を、85℃、85%RH、72hrの条件
で前処理した後、260℃×10s の半田浸漬を実施
し、その後にPCT試験とTCT試験を行った。ここ
に、PCT試験とは、2気圧、121℃、200時間の
処理を行った後の回路不良数をカウントする評価試験で
あり、TCT試験とは、−65℃、30分→常温、5分
→150℃、30分を1サイクルとして、1000サイ
クル行った時の回路不良数をカウントする評価試験であ
る。 (密着性評価試験)接着面積1cm2 のプリン型成形品
(円錐台形の成形品:底面の直径11.3mm、高さ1
0.0mm)を金属平板の上に上記成形条件でトランスフ
ァー成形し、その後、その後、成形後、175±3℃で
6時間処理してから、剪断強度を測定した。
0:多重モールド封止)表5に示す配合でエポキシ樹脂
組成物を製造し、半導体装置の封止を行った。エポキシ
樹脂(A)は前記構造式(1)を有するものであり、表
5の配合における単位は重量基準である。表5には各エ
ポキシ樹脂組成物の特性、すなわち線膨張係数、ガラス
転移温度、曲げ弾性率、吸湿率、および接着強度を併記
した。接着強度はオートグラフ測定機を用いて試験速度
2mm/min 、加重100kgf/cm 2 という条件で測定し
た。
おりであり、半導体封止条件は以下のとおりであった。 (エポキシ樹脂組成物の製造条件)各成分をミキサー等
によって均一に混合したのちロール,ニーダー等によっ
て混練することによって製造した。すなわち、2軸加熱
ロールを用いて温度85℃で5分間混練し、次いで冷却
した。その後、粉砕機で粉砕して、封止材料を得た。 (封止条件)半導体素子としてはくし型アルミニウム配
線素子を用い、次の成形条件でトランスファー成形し
て、半導体装置の成形品(16DIPパッケージ)を得
た。成形後、175±3℃で6時間処理した。
法で耐湿信頼性評価試験と密着性評価試験を行い、その
結果を表6に示した。 (耐湿信頼性評価試験)上述のようにして得た樹脂封止
型半導体装置を、85℃、85%RH、72hrの条件
で前処理した後、260℃×10s の半田浸漬を実施
し、その後にPCT試験とTCT試験を行った。ここ
に、PCT試験とは、2気圧、121℃、300時間の
処理を行った後の回路不良数をカウントする評価試験で
あり、TCT試験とは、−65℃、30分→常温、5分
→150℃、30分を1サイクルとして、1000サイ
クル行った時の回路不良数をカウントする評価試験であ
る。 (密着性評価試験)接着面積1cm2 のプリン型成形品
(円錐台形の成形品:底面の直径11.3mm、高さ1
0.0mm)を金属平板の上に上記成形条件でトランスフ
ァー成形し、その後、成形後、175±3℃で6時間処
理してから、剪断強度を測定した。
の密着性も評価した。インナー封止材で1.5mm厚みの
成形品(50mm×80mm)を上記成形条件でトランスフ
ァー成形し、その後、175±3℃で6時間処理してか
ら、この成形品の片面側に重ねてアウター封止材で1.
5mm厚みの成形品(50mm×80mm)を上記成形条件で
トランスファー成形し、その後、175±3℃で6時間
処理してから、ニッパーで割りインナー封止材とアウタ
ー封止材の界面破壊状況を観察した。
成物は、基本的には従来と同様のエポキシ樹脂組成物で
ありながら、耐湿信頼性が高い。このエポキシ樹脂組成
物は、今まであまり重要視されてこなかった表面実装用
の小信号( ダイオード、トランジスターなど)) 分野の
耐湿信頼性に優れ、特に、吸湿半田処理後の耐湿信頼性
に優れ、リードフレームとの密着性または多重モールド
でのインナー封止材とアウター封止材との密着性に優れ
る。
キシ樹脂が使用エポキシ樹脂全体中の20〜100重量
%であると、さらに、上記耐湿信頼性または密着性が高
まるという効果を奏する。本発明のエポキシ樹脂組成物
が特に多重モールドのインナー封止材とアウター封止材
のうちの少なくともインナー封止材に使用されると、さ
らにインナー封止材とアウター封止材との密着性が高ま
る。
ードやトランジスターの封止に用いられると、今まで特
に重要視されてこなかった、ダイオード分野やトランジ
スター分野の耐湿信頼性及び成形性に優れ、特に表面実
装ミニトランジスター分野では半田後の耐湿信頼性、大
型パワートランジスター分野では成形性に優れる。本発
明にかかる樹脂封止型半導体装置は、上記本発明にかか
るエポキシ樹脂組成物を使用して半導体封止を行うた
め、耐湿信頼性が高い。表面実装ダイオードワイヤーレ
スタイプの三層構造( アノード、樹脂、カソード) をと
る半導体装置では、特に上記エポキシ樹脂組成物の効果
が顕著である。
ムが表面にメッキ処理されていることのある銅系のフレ
ームであり、前記エポキシ樹脂組成物の線膨張係数が
1.1×10-5/℃〜2.5×10-5/℃であるときに
は特に耐湿性に優れている。
Claims (1)
- 【請求項1】ディスクリート素子がエポキシ樹脂組成物
を用いて多重モールド封止されている表面実装用の光半
導体装置であって、 前記 多重モールドのインナー封止材およびアウター封止
材のうちのインナー封止材となる前記エポキシ樹脂組成
物が、エポキシ樹脂と硬化剤とを含み着色剤は含まず、
前記エポキシ樹脂として下記構造式(1)で示される化
合物が使用エポキシ樹脂全体中の20〜100重量%用
いられている樹脂封止型半導体装置。 【化1】
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP14491498A JP3356398B2 (ja) | 1998-01-26 | 1998-05-26 | ディスクリート素子封止用のエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (3)
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JP1309398 | 1998-01-26 | ||
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JPH11269248A JPH11269248A (ja) | 1999-10-05 |
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1998
- 1998-05-26 JP JP14491498A patent/JP3356398B2/ja not_active Expired - Fee Related
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