JPH023953A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH023953A
JPH023953A JP15371388A JP15371388A JPH023953A JP H023953 A JPH023953 A JP H023953A JP 15371388 A JP15371388 A JP 15371388A JP 15371388 A JP15371388 A JP 15371388A JP H023953 A JPH023953 A JP H023953A
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JP
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component
group
organosiloxane polymer
formula
epoxy resin
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JP15371388A
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English (en)
Inventor
Shinjiro Uenishi
上西 伸二郎
Yoshinobu Nakamura
吉伸 中村
Hideto Suzuki
秀人 鈴木
Teruo Kunishi
国司 輝夫
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信頼性に優れた半導体装置に関するもので
ある。
(従来の技術) トランジスタ、IC,LSI等の半導体素子は、通常セ
ラミックパッケージもしくはプラスチックパッケージ等
で封止され、半導体装置化されている。上記セラミック
パッケージは、構成材料そのものが高い耐熱性を有し、
透湿性にも優れており、かつ機械的強度が高く、しかも
中空パッケージであるために信頼性の高い封止が可能で
ある。
しかし、構成材料が比較的高価なものであることと、量
産性に劣る欠点があるため、最近ではプラスチックパッ
ケージを用いた樹脂封止が主流になっている。この種の
樹脂封止には、従来から主剤にノボラック型エポキシ樹
脂、硬化剤にノボラツり型フェノール樹脂を用いたエポ
キシ樹脂組成物が使用されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、半導体分野の技術革新によって集積度の
向上とともに素子サイズの大形化、配線の微細化が進み
、パッケージも小形化、薄形化する傾向にあり、これに
伴って封止材料に対してより以上の信頼性(得られる半
導体装置の内部応力の低減、耐湿信転性、耐衝窄信顛性
、耐熱信頼性等)の向上が要望されている。
上記のような要望、特に内部応力の低減に対する要望に
応えるため、封止に用いるエポキシ樹脂をゴム成分もし
くはシリコーン化合物を用いて変性し、エポキシ樹脂等
の樹脂成分からなる「海」と、ゴム成分、シリコーン化
合物からなる「島コを備えた海−島構造を形成させるこ
とにより封止樹脂の内部応力を低減させることが行われ
ている。特に、シリコーン化合物による変性樹脂は封止
樹脂の弾性率を低下させるだけでなく、耐湿性および耐
熱性の双方に優れており賞用されている。
最近では、このような封止に用いるエポキシ樹脂をシリ
コーン化合物で変性することにより形成される海−島構
造と内部応力との関係を明らかにする研究が一層進めら
れており、効果的な内部応力の低減には下記の■〜■に
あげるような構造1作用を有する封止樹脂が有効である
ことが見いだされている。
■より微細な海−島構造。
■海−島界面の適度な相互作用。
■島内部の適度な架橋。
しかしながら、上記のような構造2作用を有し、なおか
つ耐熱性、耐湿性等の特性にも優れた封止樹脂は未だ開
発されていないのが実情である。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、内
部応力が小さく、しかも耐熱性、耐湿性等の特性に優れ
た半導体装置の提供をその目的とする。
C問題点を解決するための手段) 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。
(A)エポキシ樹脂。
(B)ノボラック型フェノール樹脂。
(C)A成分およびB成分の混合物に対する相溶性を有
するか、またはA成分あるいはB成分のいずれか一方と
反応することによりA成分およびB成分の混合物に対す
る相溶性を有すようになるオルガノシロキサン重合体。
(D)上記C成分以外のオルガノシロキサン重合体でか
つC成分のオルガノシロキサン重合体と相溶性を有する
オルガノシロキサン重合体。
(作用〕 すなわち、本発明者らは、耐熱性および耐湿性を損なわ
ず、しかも内部応力の小さい封止樹脂を求めて一連の研
究を重ねた。その結果、エポキシ海−島構造が形成され
弾性率の低下に有効であることを見出した。しかしなが
ら、海成分に対する相溶性の一層高いシリコーンオイル
を用いると、海−島構造はより微細になり弾性率は低下
するものの、同時にシリコーンオイルの一部が海部分に
溶出し、そのため封止樹脂のガラス転移温度、耐湿性お
よび耐熱性が低下する傾向が認められた。
すなわち、適度な海−島界面の相溶性を確保しつつ、海
−島構造をより微細化し他の特性を低下させずに内部応
力を低減させるには、一種類のシリコーンオイルの使用
では限界がある。そこで、本発明者らは、さらに研究を
重ねた結果、互いに相異なる2種類の特殊なオルガノシ
ロキサン重合体を用いると、海−島構造の適度な相互作
用を保持しつつ、島の粒径をより微細にすることができ
、耐熱性および耐湿性にとって良好な成績が得られ、し
かも内部応力の低減効果が得られることを見出しこの発
明に到達した。
この発明は、エポキシ樹脂(A成分)とノボラック型フ
ェノール樹脂(B成分)と特殊なオルガノシロキサン重
合体(C成分)とC成分以外の特殊なオルガノシロキサ
ン重合体(D成分)とを用いて得られるものであって、
通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状にな
っている。
上記A成分となるエポキシ樹脂は、特に限定するもので
はなく、通常、エポキシ当量180〜230、軟化点5
0〜130°Cのクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
があげられる。より好適なのは、エポキシ当量185〜
220、軟化点60〜110°Cのものである。
上記A成分のエポキシ樹脂とともに用いられるB成分の
ノボラック型フェノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の硬
化剤として作用するものであり、水酸基当量が80〜1
30、軟化点が50〜130°Cのものを用いることが
好ましい。
上記A成分のエポキシ樹脂とB成分のノボラック型フェ
ノール樹脂との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキ
シ基1当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が0.8〜
1.2当量となるように配合することが好適である。
上記A成分およびB成分とともに用いられるC成分の特
殊なオルガノシロキサン重合体は、後述のD成分のオル
ガノシロキサン重合体とともに封止樹脂の内部応力の低
減に作用するものであり、A成分のエポキシ樹脂とB成
分のノボラック型フェノール樹脂の特定の混合物に対す
る相溶性を有するもの、またはA成分あるいはB成分の
いずれかと反応してA成分とB成分の特定の混合物に対
する相溶性を有するようになるものであるならば特に限
定されない。ここでA成分とB成分の混合物に対する相
溶性を有するとは、A成分単独もしくはB成分単独に対
しては相溶性を呈しないが、両者の混合物に対しては相
溶性を呈する場合があるから、これを含める趣旨である
。このようなC成分としては、例えば、下記の一般式(
1)および(III)で表されるような構造を有するも
のが用いられる。
また、上記各成分とともに用いられるD成分の特殊なオ
ルガノシロキサン重合体は、上記C成分以外のオルガノ
シロキサン重合体であって、かつC成分のオルガノシロ
キサン重合体と相溶性を有するものがあげられる。この
オルガノシロキサン重合体は、前記C成分のオルガノシ
ロキサン重合体よりも、A成分とB成分の混合物に対す
る相溶性が小さい。二〇B成分として、例えば、下記の
−C式(If)または(IV)で表されるようなすルガ
ノシロキサン重合体があげられる。この場合、C成分と
して前記の一般式(1)で表されるオルガノシロキサン
重合体が用いられているときは、D成分は下記の一般式
Nl)で表されるオルガノシロキサン重合体を用いるこ
とが好ましい。
また、上記C成分として前記の一般式(III)で表さ
れるようなオルガノシロキサン重合体が用いられている
ときは、D成分は下記の一般式(IV)で表されるよう
なオルガノシロキサン重合体を用いることが好ましい。
なお、C成分として前記一般式(I)、(II)のもの
を単独で使用するのではなく、両者を併用してもよい。
また、D成分についても上記の一般式(II)および(
TV)のものを単独で用いるのではなく両者を併用して
もよい。
以上の場合、上記C成分およびD成分のオルガノシロキ
サン重合体の使用量は、エポキシ樹脂組成物中の有機成
分総量(エポキシ樹脂組成物より無機質充填剤を除いた
泄)に対して、C成分およびD成分のオルガノシロキサ
ン重合体が5〜50重挺%(以下「%」と略す)以下に
なるよう設定することが好適であり、より好適なのは5
〜30%である。すなわち、上記C成分およびD成分の
オルガノシロキサン重合体の含有量が5%を下回ると充
分な低応力化効果がみられなくなり、逆に50%を上回
ると樹脂強度の低下現象がみられるからである。また、
C成分およびD成分のオルガノシロキサン重合体の含有
量中、C成分の含有率(C成分/(C成分十り成分))
が、10〜70%になるように設定することが好ましい
。すなわち、C成分の含有率が10%を下回ると海−島
構造の微細化が充分になされず、逆に70%を上回ると
封止樹脂硬化物のガラス転移温度が低下する傾向がみら
れるからである。
なお、この発明では、上記各成分以外に必要に応じて硬
化促進剤、充填剤、離型剤等を用いることができる。
上記硬化促進剤としては、フェノール硬化エポキシ樹脂
の硬化反応の触媒となるものは全て用いることができ、
例えば、2,4.6−トリ(ジメチルアミノメチル)フ
ェノール、2−メチルイミダゾール等をあげることがで
き、単独でまたは併せて用いられる。
上記充填剤としては、石英ガラス、珪石粉、タルク等を
あげることができる。
また、上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸、
バルミチン酸等の長鎖カルボン酸、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金属塩、カ
ルナバワックス、モンタンワックス等のワックス類等を
あげることができる。
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、エポキ
シ樹脂(A成分)とノボラック型フェノール樹脂(B成
分)とオルガノシロキサン重合体(C成分)とC成分以
外のオルガノシロキサン重合体(D成分)および必要に
応じて硬化促進剤、充填剤、離型剤を配合する。そして
、これを、常法に準じてトライブレンド法または溶融ブ
レンド法を適宜採用して混合、混練することにより製造
することができる。この場合、上記配合に先立ってエポ
キシ樹脂(A成分)もしくはノボラック型フェノール樹
脂(B成分)とオルガノシロキサン重合体(C成分)と
を予備溶融混合して用いてもよい。
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、特に限定するものではなく、通常のトランスフ
ァ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。
このようにして得られる半導体装置は、優れた耐熱信頼
性および耐湿信頼性を有し、かつ内部応力が極めて小さ
い。これは、微細でかつ海−島界面に適度な相互作用を
有した(シリコーン化合物の海成分への溶は込みがない
)海−島構造の形成によるものである。海成分に対する
相溶性の高いC成分あるいは相溶性の低いD成分各々単
独では実現できるものではなく、C成分を核としその周
囲をD成分が取り囲んだ構造を有しているためと考えら
れる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明の半導体装置は、互いに異なっ
た2種類の特定のオルガノシロキサン重合体(C成分お
よびD成分)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、そのプラスチックパッケージが従来の
エポキシ樹脂組成物製のものとは異なるため、耐熱信頼
性および耐湿信頼性に優れかつ内部応力が小さく信頼度
の極めて高いものである。特に、上記特殊なエポキシ樹
脂組成物による封止により、超LSI等の封止に充分対
応でき、素子サイズが16価2以上、素子上のA!配線
の幅が2μm以下の特殊な半導体装置において、上記の
ような高信頬度が得られるようになるのであり、それが
大きな特徴である。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
(実施例1〕 後記の第1表に示すNo、 1のオルガノシロキサン重
合体50gと後記の第2表に示すNα1のオルガノシロ
キサン重合体50gおよび2−メチルイミダゾール5.
0gをフェノールノボラック樹脂(水酸基当量110.
軟化点80°C)350gに加え、温度150°Cで5
時間溶融混合した。さらに、得られた変性フェノール樹
脂450gにフェノールノボラック型エポキシ樹脂(エ
ポキシ当1205、軟化点80’C)700gと溶融シ
リカ2700gと離型剤としてカルナバワックスをLo
g加え、ミキシングロール機(ロール温度100°C)
で2分間溶融混合を行い、冷却固化後粉砕し、目的とす
る粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
(実施例2〕 後記の第1表に示すNo、 2のオルガノシロキサン重
合体50g、後記の第2表に示すNo、 2のオルガノ
シロキサン重合体100gを用いて変性フェノール樹脂
500gを得た。これに溶融シリカ2800gを加えた
。それ以外は実施例1と同様にして目的とする粉末状の
エポキシ樹脂組成物を得た。
[実施例3] 後記の第1表に示すNα3のオルガノシロキサン重合体
50gと後記の第2表に示すNo、 4のオルガノシロ
キサン重合体50gを用い、温度100 ”Cで0.5
時間溶融混合して変性フェノール樹脂450gを得た。
それ以外は実施例1と同様にして目的とする粉末状のエ
ポキシ樹脂組成物を得た。
〔実施例4〕 後記の第1表に示すN004のオルガノシロキサン重合
体50gと後記の第2表に示すN013のオルガノシロ
キザン重合体50gをノボラック型エポキシ樹脂7oO
gと温度100 ’Cで0.5時間溶融混合した。これ
にフェノールノボラック樹脂350gと)8融シリカ2
700gと2−メチルイミダゾール5、Ogと離型剤と
してカルナバワックスヲ10g加え、ミキシングロール
N(ロール?HJX 100°C)で2分間溶融混練を
行い、冷却固化後粉砕し、目的とする粉末状のエポキシ
樹脂組成物を得た。
〔実施例5〕 後記の第1表に示すNα5のオルガノシロキサン重合体
50g、後記の第2表に示すNo、 2のオルガノシロ
キサン重合体50gを用いて変性フェノール樹脂450
gを得た。それ以外は実施例1と同様にして目的とする
粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
(比較例1) 後記の第1表に示すN011のオルガノシロキサン重合
体100gと2−メチルイミダゾールとフェノールノボ
ラック樹脂350gを用いて変性フェノール樹脂450
gを得た。それ以外は実施例1と同様にして目的とする
粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
〔比較例2〕 後記の第2表に示すNα2のオルガノシロキサン重合体
100gと2−メチルイミダゾールとフェノールノボラ
ック樹脂350gを用いて変性フェノール樹脂450g
を得た。それ以外は実施例1と同様にして目的とする粉
末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
(以下余白) 以上の実施例および比較例によって得られた粉末状のエ
ポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスファー
成形でモールドすることにより半導体装置を得た。この
ようにして得られた半導体装置について、曲げ弾性率、
−50’C15分〜■50°C15分の500回の温度
サイクルテスト(以下rTCTテスト」と略す)、ガラ
ス転移温度(Tg)、電圧印加状態(121°CX10
0%×10■)におけるプレッシャー釜による1000
時間の信耗性テスト(以下rPCBTテスト」と略す)
および海−島構造の島径の測定を行った。
その結果を後記の第3表に示した。なお、海−島構造の
島径は、硬化物破断面をSEM観察することにより海−
島構造の観察を行い測定した。
(以下余白) 第3表の結果から、実施測高は、曲げ弾性率が小さく、
かつガラス転移温度の低下も殆ど見られない。しかも、
TCTテストおよびPCBTテストの結果がよいことか
ら比較測高に比べて内部応力が小さくかつ耐湿信頼性が
著しく向上していることがわかる。
特許出願人  日東電気工業株式会社 代理人  弁理士  西 藤 征 彦 昭和63年 特 許 庁 長 官 殿 1、 羽生のJジR eo6 3 鴇午月頃z11 5 37 1 3号2、
発明の名称 半導体装置 3゜ 補正をする者 羽生との関係  特許出願人 住所 が卯床木「H魁貴1丁目1番2号名 称  (3
96)日東電気工業株式会社代表者  鎌  居  五
  朗 8月27日 6、補正の内容 (1)明細書の特許請求の範囲の記載を別紙のとおり訂
正する。
(2)明細書第13頁第7行目、第15頁第15行目に
おいて、それぞれ「数CJとあるを「数Cd」と訂正す
る。
(3)明細書第21頁第17行目から同頁第18行目に
かけて、「フェノールノボラック」とあるを「クレゾー
ルノボラック」と訂正する。
(4)明細書第23頁第1行目において、「ノボラック
」とあるを「クレゾールノボラック」と訂正する。
7、添付書類の目録 (1)別紙(補正後の特許請求の範囲の全文を記載した
書面)            1 通2、特許請求の
範囲 (1)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してなる半導体装置
(A)エポキシ樹脂。
(B)ノボラック型フェノール樹脂。
(C)A成分およびB成分の混合物に対する相溶性を有
するか、またはA成分あるいはB成分のいずれか一方と
反応することによりA成分およびB成分の混合物に対す
る相溶性を有すようになるオルガノシロキサン重合体。
(D)上記C成分以外のオルガノシロキサン重合体でか
つC成分のオルガノシロキサン重合体と相溶性を有する
オルガノシロキサン重合体。
(2)C成分が下記の一般式(I)で表されるオルガノ
シロキサン重合体であり、D成分が下記の一般式(II
)で表されるオルガノシロキサン重合体である請求項(
1)記載の半導体装置。
(以下余白) (3)C成分が下記の一般式(III)で表されるオル
ガノシロキサン重合体であり、D成分が下記の一般式(
IV)で表されるオルガノシロキサン重合体である請求
項(1)記載の半導体装置。
以 下 余 白 (4)C成分が請求項(2)記載の一般式(1)および
請求項(3)記載の一般式(III)の少なくともであ
り、D成分が請求項(2)記載の一般式(II)および
請求項(3)記載の一般式(IV)の少なくとも一方で
ある請求項(1)記載の半導体装置9

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)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してなる半導体装置
    。 (A)エポキシ樹脂。 (B)ノボラック型フェノール樹脂。 (C)A成分およびB成分の混合物に対する相溶性を有
    するか、またはA成分あるいは B成分のいずれか一方と反応することに よりA成分およびB成分の混合物に対す る相溶性を有すようになるオルガノシロ キサン重合体。 (D)上記C成分以外のオルガノシロキサン重合体でか
    つC成分のオルガノシロキサン 重合体と相溶性を有するオルガノシロキ サン重合体。 (2)C成分が下記の一般式(I)で表されるオルガノ
    シロキサン重合体であり、D成分が下記の一般式(II)
    で表されるオルガノシロキサン重合体である請求項(1
    )記載の半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼…( I ) 〔式( I )において、Rはアルキル基または一価の芳
    香族炭化水素基、Xはエポキシ基含有一価炭化水素基、
    Yはポリアルキレンオキサイド残基、Qはエポキシ基含
    有ポリアル レンオキサイド残基、ZはR、Y、Qよりなる群から選
    択される基である。また、繰り返し数cに係る繰り返し
    単位部分におけるYおよびQの合計重量はC成分全体の
    30〜80重量%であり、繰り返し数a、b、c、dは
    下記の条件を満たす1以上の整数である。 5≦a+b+c+d≦150 0.1≦(b+d)/(a+b+c+d)≦0.5〕(
    余白) ▲数式、化学式、表等があります▼…(II) 〔式(II)において、Rはアルキル基または一価の芳香
    族炭化水素基、Xはエポキシ基含有一価炭化水素基、Y
    はポリアルキレンオキサイド残基、Qはエポキシ基含有
    ポリアル レンオキサイド残基、ZはR、Y、Qよりなる群から選
    択される基である、また、繰り返し数cに係る繰り返し
    単位部分におけるYおよびQの合計重量はC成分全体の
    30〜80重量%であり、繰り返し数a、b、c、dは
    下記の条件を満たす1以上の整数である。 50≦a+b+c+d≦300 0.01≦(b+d)/(a+b+c+d)≦0.1〕
    (3)C成分が下記の一般式(III)で表されるオルガ
    ノシロキサン重合体であり、D成分が下記の一般式(I
    V)で表されるオルガノシロキサン重合体である請求項
    (1)記載の半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼…(III) 〔式(III)において、Rはアルキル基または一価の芳
    香族炭化水素基、XはビスフェノールA型エポキシ樹脂
    残基、フェノールノボラック樹脂残基あるいはフェノー
    ルノボラック型エポキシ樹脂残基である、Yは ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ からなる群から選択される基であり、ZはRX、Yから
    なる群から選択される基である 。また、繰り返し単位部分におけるXの重量割合はC成
    分全体の30〜70重量%であり、繰り返し数a〜cは
    下記の条件を満たす1以上の整数である。 5≦a+b+c≦150 0.1≦c/(a+b+c)≦0.2〕 (以下余白) ▲数式、化学式、表等があります▼…(IV) 〔式(IV)において、Rはアルキル基または一価の芳香
    族炭化水素基、XはビスフェノールA型エポキシ樹脂残
    基、フェノールノボラック樹脂残基あるいはフエノール
    ノボラツ 型エポキシ樹脂残基である、Yは ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 からなる群から選択される基であり、ZはR、X、Yか
    らなる群から選択される基である。また、繰り返し単位
    部分におけるXの重量割合はC成分全体の30〜70重
    量%であり、繰り返し数a〜cは下記の条件を満たす1
    以上の整数である。 50≦a+b+c≦500 c/(a+b+c)≦0.1〕 (4)C成分が請求項(2)記載の一般式( I )お請
    求項(3)記載の一般式(III)の少なくともであり、
    D成分が請求項(2)記載の一般式(II)および請求項
    (3)記載の一般式(IV)の少なくとも一方である請求
    項(1)記載の半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100871022B1 (ko) * 2004-08-04 2008-11-27 가부시키가이샤 코나미 데지타루 엔타테인멘토 게임 장치 및 게임 시스템
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