JPH0299551A - エポキシ系樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ系樹脂組成物

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JPH0299551A
JPH0299551A JP25358188A JP25358188A JPH0299551A JP H0299551 A JPH0299551 A JP H0299551A JP 25358188 A JP25358188 A JP 25358188A JP 25358188 A JP25358188 A JP 25358188A JP H0299551 A JPH0299551 A JP H0299551A
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JP
Japan
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epoxy resin
fused silica
weight
average particle
resin composition
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JP25358188A
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Keiji Kayaba
啓司 萱場
Kazushirou Taku
多久 和志郎
Masayuki Tanaka
正幸 田中
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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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〉 本発明は半田耐熱性、接着性および信頼性に優れたエポ
キシ系樹脂組成物に関するものである。
〈従来の技術〉 エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性、接着性など
に1憂れており、さらに配合処方により種々の特性が付
与で・きるため、塗料、接着剤、電気絶縁材料など工業
材料として利用されている。
たとえば、半導体装置などの電子回路部品の封止方法と
して従来より金属やセラミックスによるハーメチックシ
ールやフェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂
などによる樹脂封止が提案されているが、経済性、生産
性、物性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封
止が中心になっている。
エポキシ樹脂は上述の特徴を有するものの、剛直な網目
構造を有するため応力が発生しやすく、たとえば、半導
体装置の封正に用いた場合、急激な温度変化により素子
の表面にクラックが生じたり、、アルミ配線がスライド
して電流がリークしたり、封止樹脂自体にクラックが生
じる傾向がある。
このため、低応力化剤としてシリコーンゴム、カルボキ
シル基変成ニトリルゴム、ポリスチレン系ブロック共重
合体などを配合してエポキシ樹脂を低応力化することが
提案されている(特公昭60−18145号公報、特開
昭58−219218号公報、特開昭59−96122
号公報、特開昭58−108220号公報、特開昭59
−75922号公報、特開昭60−1220号公報など
)。
また、シリカの形状を球形化したり粒径をコントロール
することにより応力、ひずみを均一化させる方法が提案
されている(特開昭60−171750号公報、特開昭
60−17937号公報、特開昭62−74924号公
報、特開昭62−124143号公報、特開昭62−2
09128号公報、特公昭63−26128号公報など
)。
一方、最近は、プリント基板への部品実装においても高
密度化、自動化が進められており、従来のリードビンを
基板の穴に挿入する゛挿入実装方式″に代り、基板表面
に部品を半田付けする゛1表表面実装方弐′″さかんに
なってきている。それに伴い、パッケージも従来のDI
P(デュアル・インライン・パッケージ)型から高密度
実装、表面実装に適した薄型のPPP(フラット・プラ
スチック・パッケージ)型に移行しつつある。
表面実装方式への移行に伴い、従来あまり問題とならな
かった半田付は工程が大きな問題となってきている。従
来のビン挿入実装方式では半田付は工程はリード部が部
分的に加熱されるだけであったが、表面実装方式ではパ
ッケージ全体が熱媒に浸され加熱される9表面実装方式
における半田付は方法としては半田浴浸漬、不活性ガス
の飽和蒸気による加熱(ベーパフェイズ法)や赤外線リ
フロー法などが用いられるが、いずれの方法でもパッケ
ージ全体が210〜270℃の高温に加熱されることに
なる。そのため従来の封止用樹脂で封止したパッケージ
は半田付は時に樹脂部分にクラックが発生したり、封止
用樹脂とリードフレームとの界面が剥離して信頼性が低
下し、製品として使用できないという問題がおきる。
半田付は工程におけるクラックの発生は、後硬化してか
ら実装工程の間までに吸湿された水分が半田付は加熱時
に爆発的に水蒸気化、膨張することに起因するといわれ
ており、その対策として後硬化したパッケージを完全に
乾燥し密封した容器に収納して出荷する方法が用いられ
ている。
〈発明が解決しようとする課題〉 低応力化剤としてポリスチレン系ブロック共重合体およ
びシリコーンゴムを添加すると、熱応力が緩和されるた
め210〜230°Cの比較的低温の半田付は工程にお
けるクラック発生を防止し、半田耐熱性が改良されるこ
とを、本発明者らは見出し、先に提案した。しかし、こ
の方法も240〜270°Cのより高温の半田耐熱性向
上には十分でないことが、その後の検討により明らかに
なった。
また、従来提案されている、シリカの形状を球形化した
り粒子径をコントロールする方法も、比較例大きい粒径
の破砕91人力を使用するため半田耐熱性の向上には有
効でなく、リードフレームとの接着性が小さいため、特
に260 ’C以上の半田処理により封止樹脂とリード
フレームとの界面が剥離し、信頼性が低下するという問
題があった。
一方、乾燥パッケージを容器に封入する方法は製造工程
および製品の取汲作業が煩雑になるうえ、製品価格がき
わめて高価になる欠点がある。
本発明の目的は、高温の半田付は工程で生じるクラック
の問題を解消し、リードフレームとの接着性が高く信頼
性の高いエポキシ系樹脂組成物を提供することにあり、
表面実装ができる樹脂封止半導体装置を可能にすること
にある。
く課題を解決するための手段〉 すなわち、本発明は、エポキシ樹脂(A)、硬化剤(8
)、ポリスチレン系ブロック共重合体(C)および平均
粒径20IJm以下の溶融シリカ(D)70〜85重量
%からなるエポキシ系樹脂組成物であって、前記溶融シ
リカ(0)が平均粒径12Ill以下の破砕溶融シリカ
(D’)40重量%以上と平均粒径40μm以下の球状
溶融シリカ(D″)60重量%以下からなるエポキシ系
樹脂組成物であり、さらにエポキシ樹脂(A)が下記式
のRJ   R6R7R4 (ただし、R1〜R8は水素原子、01〜C4の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す、)で表わされる骨
格を有するエポキシ樹脂(A′)を必須成分として含有
するエポキシ系樹脂組成物である。
以下、本発明の構成を詳述する。
本発明におけるエポキシ樹脂(A)は、1分子中にエポ
キシ基を2個以上有するものであれば特に限定されない
たとえば、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、ビスヒドロキシビフ
ェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹
脂、線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、ハロゲン化エポキシ樹脂、スピロ
環含有エポキシ樹脂などが挙げられる。
用途によっては二種以上のエポキシ樹脂を併用してもよ
いが、半導体装置封止用としては耐熱性、耐湿性の点か
らクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスヒドロキ
シビフェニル型エポキシ樹脂などのエポキシ当量が50
0以下、特に300以下のエポキシ樹脂を全エポキシ樹
脂中に50重量%以上含むことが好ましい。
本発明において、エポキシ樹脂(A)が下記式(ただし
、R1〜R8は水素原子、01〜C4の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。)で表わされる骨格を有す
るエポキシ樹脂(A′)を必須成分として含有すること
は好ましい、エポキシ樹脂(A′)を含有させることに
より、流動性を向上することができる。
下記式〇で表わされるエポキシ樹脂(A′)においてR
1〜R8の好ましい具体例としては、水素原子、メチル
基、エチル基、プロピル基、1−プロピル基、ブチル基
、5ec−ブチル基、tert−ブチル基、塩素原子、
臭素原子などが挙げられる。
本発明におけるエポキシ樹脂(A′)の好ましい具体例
としては、4,4′−ビス(2,3−エポキシ10ボキ
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−テトラメチル−2−クロロ
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−2−ブロ
モビフェニル、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
フェニルなどが挙げられる。
本発明において、エポキシ樹脂(A)にエポキシ樹脂(
八′)を必須成分として含有せしめる場合、エポキシ樹
脂(^)は、エポキシ樹脂(A′)とともにエポキシ樹
脂(A′)以外の他のエポキシ樹脂をも併用して含有す
ることができる。併用できる他のエポキシ樹脂としては
、たと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、下記式■で表わされ
るノボラヅク型エポキシv!j脂・・・・・0 (ただし、nは0以上の整数を示す、)ビスフェノール
Aやレゾルシンなどから合成される各種ノボラック型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、線状脂
肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポ
キシ樹脂などが挙げられる。
エポキシ樹脂(A′)を使用する場合、エポキシ樹脂(
A)中に含有されるエポキシ樹脂(A′)の割合に関し
ては特に制限がなく、必須成分としてエポキシ樹脂(A
′)が含有されれば本発明の効果は発揮されるが、より
十分な効果を発揮させるためには、エポキシ樹脂(八′
)をエポキシ樹脂(A)中に通常20重量%以上、好ま
しくは40:I量%以上、特に好ましくは60重量%以
上含有せしめる必要がある。
本発明においてエポキシ樹脂(A)の配合量は通常、5
〜25重量%である。5重量%未満では、成形性、接着
性が不十分であり、25重量%を越えると線膨張係数が
大きくなり、低応力化が困難になる。
本発明における硬化剤(B)としてはエポキシ樹脂(A
)と反応して硬化させるものであれば特に限定されない
たとえば、フェノールノボラック、クレゾールノボラッ
クなどのノボラック樹脂、テトラブロムビスフェノール
Aなどのビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水
フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物、メタフ
ェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミ
ノジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどが挙げら
れる。半導体装置封止用としては耐熱性、保存性の点か
らフェノールノボラック、クレゾールノボラックが好ま
しく用いられる。用途によっては二種以上の硬化剤を併
用してもよい 本発明において硬化剤(B)の配合量は通常、2〜15
f!量%である。
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、耐湿性の点から(^)に対する(B)
の化学当量比が0.5〜1,6、特に0゜8〜1.3の
範囲にあることが好ましい。また、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
め硬化触媒を用いてもよい。硬化触媒は硬化反応を促進
させるものならば特に限定されない、たとえば、2−メ
チルイミダゾール、2.4−ジメチルイミダゾール、2
−エチル−4−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
−へ1タデシルイミダゾールなどのイミダゾール類、ト
リエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチル
ベンジルジメチルアミン、2−(ジメチルアミンメチル
)フェノール、2,4.6−トリス〈ジメチルアミノメ
チル)フェノール、1,8−ジアザビシクロ(5,4,
0>ウンデセン−7などの3級アミン類、ジルコニウム
テトラメトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、
テトラキス(アセチルアセトナト)ジルコニウム、トリ
(アセチルアセトナト)アルミニウムなどの有機金属類
、トリフェニルホスフィン、トリエチルポスフィン、ト
リブチルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリ(p
−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(ノニルフェニル
)ホスフィンなどの有機ホスフィン類などが挙げられる
。用途によっては二種以上の硬化触媒を併用してもよい
。硬化触媒の添加量はエポキシ樹脂(A)100重量部
に対して0.1〜10重量部が好ましい。
本発明におけるポリスチレン系ブロック共重合体[C)
には゛、ガラス転位温度が、通常、25゛C以上、好ま
しくは、50″C以上の芳香族ビニル炭化水素重合体ブ
ロックとガラス転位温度が0℃以下、好ましくは一25
℃以下の共役ジエン重合体ブロックからなる線状、放射
状、分岐状のブロック共重合体が含まれる。前記の芳香
族ビニル炭化水素としては、スチレン、α−メチルスチ
レン、O−メチルスチレン、p−メチルスチレン、1.
3−ジメチルスチレン、ビニルナフタレンなどがあり、
なかでもスチレンが好ましく使用できる。
前記の共役ジエンとしては、ブタジェン(1゜3−ブタ
ジェン)、イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジェ
ン)、メチルイソプレン(2,3−ジメチル−1,3−
ブタジェン)、1.3−ペンタジェンなどがあり、なか
でもブタジェン、イソプレンが好ましく使用できる。
ポリスチレン系ブロック共重合体(C)中に占めるガラ
ス相ブロックである芳香族ビニル炭化水素重合体ブロッ
クの割合は10〜50重量%、ゴム相ブロックである共
役ジエン重合体プロッタの割合は90〜50重量%が好
ましいやガラス相ブロックとゴム相ブロックとの組合せ
は多数ありそのいずれでもよいが中間のゴム相ブロック
の両端にガラス相ブロックが結合したトリブロック共重
合体が好ましい。この場合のガラス相ブロックの数平均
分子量は好ましくは5.000〜150,000、特に
好ましくは7゜000〜60. OOOである。またゴ
ム相ブロックの数平均分子量は好ましくはi o、 o
 o o〜3oo、ooo、特に好ましくは30,00
0〜15o、 o o oである。
ポリスチレン系ブロック共重合体(C)は公知のりピン
グアニオン重合法を用いて製造できるが、特にこれに限
定されることなく、カチオン重合、ラジカル重合によっ
ても製造することができる。
ボリスチレシ系ブロック基重合体(C)には、上記説明
したブロック共重合体の不飽和結合の一部が水素添加に
より還元された、水添ブロック共重合体も含まれる。
ここで、芳香族ビニル炭化水素重合体ブロックの芳香族
二重結合の25%以下および共役ジエン重合体ブロック
の脂肪族二重結合の80%以上が水添されていることが
好ましい。
ポリスチレン系ブロック共重合体(C)の好ましい具体
例としては、ポリスチレン/ポリブタジェン/ポリスチ
レントリブロック共重合体(SBS) 、ポリスチレン
/ポリイソプレン/ポリスチレントリブロック共重合体
(SIS)、SBSの水添共重合体(SEBS)および
SISの水添共重合体が挙げられる。耐熱性の点からS
BSの水添共重合体<5EBS)およびSISの水添共
重合体が特に好ましく用いられる。
本発明においてポリスチレン系ブロック共重合体(C)
の配合量は遠雷、0.2〜5重呈%、好ましくは1〜4
重量%である。0.2重量%未満では半田耐熱性、接着
性が不十分であり、5重量%を越えると、流動性が低下
するため成形が困難になり、実用的でない。
本発明におけるFj融シリカ(D)は、平均粒径20μ
社以下であり、平均粒径121J11以下の破砕溶融シ
リカ(D′)40重量%以上と平均粒径40n以下の球
状溶融シリカ(D′)60.!l量%以下からなるもの
である。溶融シリカ(D)の平均粒径が20u+nを越
えなり、破砕溶融シリカ(D′)の平均粒径が12um
を越えたり、球状溶融シリカの平均粒径が401Jf+
を越えると、半田耐熱性が低下する。好ましい平均粒径
は溶融シリカ(D)は15uw+以下、破砕溶融シリカ
(D′)は10um以下、球状溶融シリカ(D′)は3
0u+n以下である。ここで平均粒径は累積重量が50
%になる粒径(メジアン径)を意味する。さらに、溶融
シリカ(0)の組成において、破砕溶融シリカ(D′)
が40重量%未満で球状溶融シリカ(D′)が60重量
%を越えると半田耐熱性が低下する。
好ましくは、破砕溶融シリカ(D′)が95〜60重量
%、球状溶融シリカ(D′)が5〜40重量%である。
本発明において溶融シリカ(0)の配合量は70〜85
重景%、重量しくは73〜83重量%、特に好ましくは
75〜83重量%である。70重量%未満では半田耐熱
性が不十分であり、85重量%を越えると流動性が低下
し、成形が困難になる。
本発明において、溶融シリカ(ロ)は、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
剤で予め表面処理することが、耐湿性および機械的性質
の点で好ましい。
本発明のエポキシ系樹脂組成物には、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、クレー、タルク、ゲイ酸カルシウム、酸化チタン、
アスベスト、ガラス繊維などの充填剤、ハロゲン化エポ
キシ樹脂などのハロゲン化合物、リン化合物などの難燃
剤、二酸化アンチモンなどの離燃助剤、カーボンブラッ
ク、酸化鉄などの着色剤、シリコーンオイル、変成ニト
リルゴム、変成ポリブタジェンゴムなどのエラストマー
、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、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩
、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミド、パラフ
ィンワックスなどの離型剤、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。
本発明のエポキシ系樹脂組成物は溶融混練することが好
ましく、溶融混練は公知の方法を用いることができる。
たとえば、バンバリーミキサ−、ニーダ−、ロール、−
軸もしくは二軸の押出機、コニーダーなどを用い、通常
50〜150℃の温度で樹脂組成物とすることができる
〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例中の部数は重量部を意味する。
実施例1〜11、比較例1〜5 表1、表2、表3に示す配合処方の組成比で試薬をミキ
サーによりトライブレンドした。これを、ロール表面温
度90°Cのミキシングロールを用いて5分間加熱混練
後、冷却、扮砕してエポキシ樹脂系組成物を製造した。
この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により1
75℃×4分の条件で成形して、模擬素子を封止した4
0DinQFPを得た後、175°Cで5時間ポストキ
ュアした。ボストキュア後、次の物性測定法により、各
組成物の物性を測定した。
半田耐熱性: 44pin QFP16個を85°C1
85%RHで72時間加湿処理後、 245℃の半田浴に10秒間浸漬し、 クラックの発生しないQFPの個数 の割合を求めた。
信 頼 性:前記の半田耐熱性試験を行なった44pi
nQFPを用い、121°C2100%RHで加湿処理
し、ビン不 良発生率50%になる時間を求めた。
また、組成物を用いて次の物性測定法により接着強度を
求めた。
接着強度:4,2−アロイ製プレート2枚の間に組成物
をはさみ140℃で仮接着 した後、175℃で5時間ポストキ ュアした。そして、引張試験機を用 いてせん断接着強度を求めた。
これらの結果を併せて表3に示す。
表   1 表3にみられるように、実施例1〜11の本発明のエポ
キシ樹脂系組成物は、半田耐熱性が63%以上、接着強
度が54 kg f /−以上、信頼性が1050時間
以上と優れている。
これに対して、比較例1の破砕溶融シリカ(D′)の平
均粒径が12μmを越える場合、比較例2の破砕溶融シ
リカ(D′)のシリカ中の割合が40重量%未満の場合
、比較例3の溶融シリカ(D)の添加量が70重量%未
満の場合は、いずれも半田耐熱性が13%以下、信頼性
が570時間以下と低い。
比較例4にみられるように、溶融シリカ(D)の添加量
が85重量%を越えると、流動性が低下するため実用的
ではない。
比較例5にみられるようにポリスチレン系ブロック共重
合体(C)を添加しないと、半田耐熱性、接着強度、信
頼性がいずれも低い値を示した。
実施例12〜17 表2、表4、表52表6に示す配合処方の組成比で試薬
をミキサーによりトライブレンドした。これを、ロール
表面温度90℃のミキシングロールを用いて5分間加熱
混M後、冷却、粉砕してエポキシ樹脂系組成物を製造し
た。
この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により1
75°Cでスパイラルフローを測定した。また、175
°CX4分の条件で成形して、模擬素子を封止した16
pinQFRを得たのち、175℃で5時間ポストキュ
アした。ボストキュア後、次の物性測定法により、各組
成物の物性を測定した。
半田耐熱性: 44pin QFPI 6個を85°C
185%RHで72時間加湿処理後、 260℃の半田浴に10秒間浸漬し、 クラックの発生しないQFPのg数 の割合を求めた。
信 顆 性:前記の半田耐熱性試験を行なった441)
inQFPを用い、121℃、100%RHで加湿処理
し、ピン不 良発生率50%になる時間を求めた。
また、組成物を用いて次の物性測定法により接着強度を
求めた。
接着強度:4,2−アロイ製プレート2枚の間に組成物
をはさみ140’Cで仮接着 した後、175°Cで5時間ポストキ ュアした。そして、引張試験機を用 いてせん断接着強度を求めた。
これらの結果を併せて表6に示す。
表6にみられるように、実施例12〜17の本発明のエ
ポキシ系樹脂組成物は、半田耐熱性、接着強度、信頼性
、スパイラルフローの値がいずれも高い。
〈発明の効果〉 本発明によれば、エポキシ樹脂に硬化剤、ポリスチレン
系ブロック共重合体および特定の組成の溶融シリカを添
加することにより、半田耐熱性、接着性および信頼性に
優れた半導体封止用エポキシ系樹脂組成物が得られる。
さらに、本発明で特定構造のエポキシ樹脂を使用するこ
とにより、さらに優れた半田耐熱性および流動性を有す
るエポキシ系樹脂組成物が得られる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、ポリスチレ
    ン系ブロック共重合体(C)および平均粒径20μm以
    下の溶融シリカ(D)70〜85重量%からなるエポキ
    シ系樹脂組成物であって、前記溶融シリカ(D)が平均
    粒径12μm以下の破砕溶融シリカ(D′)40重量%
    以上と平均粒径40μm以下の球状溶融シリカ(D″)
    60重量%以下からなるエポキシ系樹脂組成物。
  2. (2)エポキシ樹脂(A)が下記式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼ ・・・・・・(I
    ) (ただし、R^1〜R^8は水素原子、C_1〜C_4
    の低級アルキル基またはハロゲン原子を示す。) で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂(A′)を必須
    成分として含有する請求項1記載のエポキシ系樹脂組成
    物。
JP25358188A 1988-10-06 1988-10-06 エポキシ系樹脂組成物 Pending JPH0299551A (ja)

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