JPH0496929A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JPH0496929A
JPH0496929A JP21459090A JP21459090A JPH0496929A JP H0496929 A JPH0496929 A JP H0496929A JP 21459090 A JP21459090 A JP 21459090A JP 21459090 A JP21459090 A JP 21459090A JP H0496929 A JPH0496929 A JP H0496929A
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Japan
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epoxy resin
alumina
resin composition
composition
molecule
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JP21459090A
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English (en)
Inventor
Toshio Shiobara
利夫 塩原
Koji Futatsumori
二ッ森 浩二
Kazutoshi Tomiyoshi
富吉 和俊
Seiji Katayama
片山 誠司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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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、低応力である上、熱伝導性が良く、二次転移
点も高く、しかも低吸水性の硬化物を与え、このため各
種の成形材料、とりわけ半導体封止材料として好適に用
いられるエポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物
の硬化物で封止された半導体装置に関する・ 〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来よ
り、半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、溶融シリカ
、結晶シリカ等の無機充填剤が配合されているが、特に
高熱伝導性が要求される用途には、熱伝導性の良好な結
晶シリカが用いられている。
しかしながら、充填剤として結晶シリカを使用した場合
、線膨張係数を下げることが困難で、1.7xlO−’
/T:程度が限界である。
一方、半導体装置の大型化、高集積化の速度が近年著し
く高まり、それに伴ない封止樹脂の主流であるエポキシ
樹脂組成物の特性の向上が求められており、とりわけ低
応力、高熱伝導性に対する要求が高まってきている。
本発明は上記要望に応えるためになされたもので、線膨
張係数が小さく、低応力性で、熱伝導率が良く、二次転
移点も高く、しかも低吸水性の硬化物を与えるエポキシ
樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止さ
れた半導体装置を提供することを目的とする。
〔課題をM決するための手段及び作用〕本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、 (A)一分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する
エポキシ樹脂、 CB)一分子中にフェノール性水酸基・を有する樹脂。
を配合したエポキシ樹脂組成物に、 (C)無機質充填剤としてアルミナ及び/又は窒化アル
ミニウムを配合すること、更に上記(A)成分及びCB
)成分の少なくともいずれか一方の成分としてナフタレ
ン環を含む化合物を使用することにより、熱伝導性が良
好であると共に、熱膨張率が小さく、二次転移温度以上
の領域で弾性率が低下するなどの特徴を有する低応力性
に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物が得られる
ことを知見した。また、従来の低弾性率化の手法では、
二次転移温度の低下や樹脂強度不足などの欠点を合わせ
持っていたが、該エポキシ樹脂組成物は低弾性率であり
ながら二次転移温度の低下がなく、さらには低吸水性で
あるなど、従来の方法では得られなかった優れた特性を
有する硬化物を与え、このため該エポキシ樹脂組成物の
硬化物で封止された半導体装置はヒートサイクルに対す
る耐クラツク性、耐湿性等に優れ、高い信頼性を有する
ものであることを見い出し、本発明をなすに至った・ 以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述したように (A)一分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する
エポキシ樹脂、 (B)一分子中にフェノール性水酸基を有する樹脂、 (C)無機質充填剤としてアルミナ及び/又は窒化アル
ミニウムを必須成分とするものである。
ここで、(A)成分の一分子中に少なくとも2個のエポ
キシ基を有するエポキシ樹脂としては、例えばビスフェ
ノールA型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂、トリフエノールアルカン型エポキシ樹
脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ
樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等が好適に使用され、こ
れらの1種を単独で又は2種以上を併用して用いること
ができる。なお、上記エポキシ樹脂は、組成物の耐湿性
の点から加水分解性塩素の含有量が500pp層以下、
遊離のNa、CQイオンが各々2ppm以下、有機酸含
有量が100ppie以下のものを用いることが望まし
い。
次に、(B)成分の一分子中にフェノール性水酸基を有
する樹脂は、(A)成分の硬化剤として作用するもので
5例えばノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェ
ノール樹脂、トリフエノールアルカン型樹脂、ナフトー
ル型樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂等のフェノール
樹脂を挙げることができ、これらの1種を単独で又は2
種以上を併用して用いることができる。なお、これらの
フェノール樹脂は、含有する遊離のNa、Cρイオンが
各々2 ppm以下、モノマーのフェノール量が1%以
下であると共に、製造時に残存する微量のホルムアルデ
ヒドのカニツアロ反応で生じる蟻酸等の有機酸が110
0pp以下であることが望ましい。七ツマ−のフェノー
ル量が1%より多いと、組成物で作った成形品にボイド
、未充填、ひけ等の欠陥が発生する場合がある。さらに
、フェノール樹脂の軟化点は50〜120℃が好適であ
り、50℃未満であると組成物の二次転移点が低くなっ
て耐熱性が悪くなる場合があり、120℃を越えると組
成物の溶融粘度が高くなり過ぎて作業性に劣る場合が生
じる。なお、本発明においては、上記(B)成分の一分
子中にフェノール性水酸基を有する樹脂に加え、必要に
応じてジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジア
ミンなどに代表されるアミン系硬化剤、無水ピロメリッ
ト酸や無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の酸無水
物系硬化剤を併用してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物においては、上述した(A
)成分及び/又は(B)成分としてナフタレン環を含む
化合物を使用するもので、これにより低熱膨張率、低吸
水率の硬化物を得ることができる。
ここで、(A)成分として使用するナフタレン環を含む
化合物としては、例えば下記に示すような構造式を持つ
ナフタレンエポキシ樹脂が挙げられ、これらの1種を単
独で又は2種以上を併用して用いることができる。
(nは2以上の整数) (上記式中、 Gは−CH2CHCH2、 \1 Rは水素原子又 は炭素数1〜5のアルキル基、mは1又は2を示す) 一方、(B)成分として使用されるナフタレン環を含む
化合物としては、例えば下記に示すような構造式を持つ
ナフタレンフェノール樹脂が挙げられ、これらの1種を
単独で又は2種以上を併用して用いることができる。
(上記式中、R,mはそれぞれ前記と同じ意味を示す) これらのナフタレン環を含む化合物の配合量は、エポキ
シ樹脂組成物中の(A)成分及び(B)成分の合計中に
占めるナフタレン環の含有量を5〜80重量%、特に1
0〜60重量%の範囲とすることが好ましい。5重量%
未満の配合量では十分な低弾性率、低吸水性を得ること
ができない場合があり、一方80重量%を超えると製造
時の分散性あるいは成形性などにおいて不利になる場合
がある。
本発明のエポキシ樹脂組成物においては、(C)成分の
無機質充填剤としてアルミナ及び/又は窒化アルミニウ
ムを用いる。
このアルミナ、窒化アルミニウムとしては無定形、焼結
、粉砕、球状等種々のものを用いることができるが、封
止材料には特に球状又は球状に近い形状のものを用いる
ことが充填性の点から好ましい。この場合、アルミナに
ついてはα、γ、δ、θやこれらの混合体などがあり、
これらの任意のものを用いることができるが、熱伝導性
及び熱的化学的安定性の点からはα型が最も適している
アルミナはボーキサイトからギブサイトなどの水酸化ア
ルミニウムを経て作られるバイヤーアルミナのほか、ア
ルミニウムアルコラードのゾル−ゲル法による加水分解
を利用した方法、金属アルミニウムの水中火花放電法、
さらには酸素存在下に高純度の金属アルミニウム粉を人
為的に粉塵爆発させて得る方法などのいずれの方法によ
って得られたものも好適に用いられる。
なお、水酸化アルミニウムを焼成して製造されるα−ア
ルミナの場合、工程中にα結晶粒子が集まって2次粒子
を作り易い。この2次粒子はエポキシ樹脂組成物の製造
工程中でほぐすことはできず、このまま組成物化され、
この2次粒子を含有する組成物で半導体装置を作ると成
形体内部がポーラスになり、このポーラス部分から水が
浸入して半導体装置の耐湿特性が悪くなる場合がある。
このため、α−アルミナ中の2次粒子の含有率はα−ア
ルミナ全体の10%以下、更に好ましくは1%以下にす
ることが好ましい。ここで、α−アルミナとしては、走
査型電子顕微鏡写真でのα粒子を観察した場合にα粒子
の長径と短径との軸比が1〜2、特に1.2〜1.7で
あることが好ましく、軸比が2より大きいα−アルミナ
を用いると、組成物の流動性が悪くなる場合がある。
本発明において、充填剤として使用するアルミナ、窒化
アルミニウムの平均粒径は好ましくは5〜75ミクロン
であるが、アルミナと窒化アルミニウムの合計量の20
%を越えない範囲で平均粒径が0.1〜5ミクロンのも
のを用いても良い。
上述したアルミナや窒化アルミニウムはシランカップリ
ング剤等であらかじめ処理して用いることが好ましい。
かがるアルミナや窒化アルミニウムの表面処理に用いる
シランカップリング剤としては、構造式が R′4−.5i(OR”)。
で表されるような加水分解性残基含有シラン類が好適に
用いられる。この式中、R′としては水素原子、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基など
の無官能のアルキル基、アリール基、アルケニル基、更
にエポキシ、アミノ、アクリル、カルボキシル官能性で
あるような下記に示すものが挙げられる。
CH2CHCH20CH2CH2CH2−〜1 H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2−HR”N
CH2CH2CH,− R4=Hr  CaHzIIIや□d=1〜4の整数C
H7=C(R5)COO(cH2)h−R5==H,C
H3n=1−3の整数 Cl−12=CH(CH2)、−m=:o 〜4の整数
HOCO(CH2)Q−Ω=2〜18の整数一方、RJ
 Iとしては、アルキル基、アルケニル基、アリール基
、カルボニル基などが挙げられるが、メチル基、エチル
基、イソプロペニル基などが一般的であり、またCは1
〜4であるが、Cが3又は4であることがより好ましい
上記のシランカップリング剤を用いてアルミナや窒化ア
ルミニウムを処理する方法としては、乾式、湿式のいず
れの方法を用いても良く、乾式法はボールミル、ヘンシ
ェルミキサー等で、湿式法は溶剤中でそれぞれアルミナ
や窒化アルミニウムにシランカップリング剤を混合、撹
拌することによって行なうことができる。この場合、シ
ランカップリング剤の量は、アルミナや窒化アルミニウ
ム100部に対して0.001〜8部、より好ましくは
0.01〜5部の範囲である。シランカップリング剤が
少なすぎると処理をした効果があられれず、多すぎると
アルミナや窒化アルミニウムの特性である高熱伝導性、
低熱膨張性が失われてしまう場合がある。これらのシラ
ンカップリング剤は2種以上を併用しても良く、さらに
は、これらをあらかじめ一部加水分解したものを用いて
もよい。また、湿式法において使用される溶剤は、トル
エン、キシレンなどの炭化水素系、メタノール、エタノ
ール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系、ア
セトン、2−ブタノンなどのケトン系、イソプロピルエ
ーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系等が挙げ
られ、水および加水分解促進剤としての錫系、チタン系
、あるいはアミン化合物を併用することもできる。この
ようにして処理した後に400〜1200 ’C程度の
加熱炉で焼結することもできる。なお、窒化アルミニウ
ムについては、その一部を酸化等により処理することも
できる。特に表面の酸化によってアルミナ膜を形成する
ことがより好適であり、その上で前述のシラン処理をす
ることが望ましい。
本発明においては、充填剤としてアルミナ及び/又は窒
化アルミニウムを用いるものであるが、目的とする特性
を損なわない程度の範囲で他の充填剤を用いても良く、
例えば結晶シリカ、溶融シリカの他ガラス繊維、マイカ
、クレー、カオリン、タルク、窒化けい素、窒化硼素、
酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、けい酸カルシウム
、ジルコニア、カーボンブラック、亜鉛華、酸化チタン
、酸化鉄などを挙げることができる。この場合、(C)
成分のアルミナ、窒化アルミニウムの配合量は特に制限
されないが、その特徴である高熱放散性、低熱膨張率を
有効に作用させるために、シリカ等の他の無機充填剤と
合わせた無機質充填剤の合計が組成物全体の70重量%
以上であり、アルミナ及び/又は窒化アルミニウムが全
無機充填剤中の70重量%以上であることが好ましい。
なお、本発明の組成物には硬化促進剤を配合することが
できる。この硬化促進剤としては、窒素系、燐系の種々
の物質を用いることができ、たとえばN、N−ジメチル
ベンジルアミン、1.8−ジアザビシクロ(5,4,0
)ウンデセン−7などの第三級アミン化合物、ジシアン
ジアミド類、2−フェニルイミダゾール、2−エチル−
4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール誘導体、ト
リフェニルホスフィン、トリ(4−メトキシフェニル)
ホスフィンなどの第三ホスフィン化合物やこれらの物質
の硼素化合物との錯塩であるトリフェニルホスフィン・
トリフェニルボレート等、さらに第四級ホスホニウム化
合物であるテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニ
ルボレートやベンジルトリフェニルホスホニウム・テト
ラフェニルボレート、メチルトリフェニルホスホニウム
メチルメタンホスホネートなどが挙げられる。これらの
硬化促進剤の配合量はエポキシ樹脂とフェノール系硬化
剤との合計100部に対して0.1−10部、特に0.
3〜7部が好ましい、0,1部に満たないと十分な硬化
性が得られず、一方10部を超えると保存安定性、耐湿
信頼性が悪くなる場合がある。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物に更に良好な低線膨
張率、低弾性率、耐湿性を与えるため、シリコーン変性
エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂を配合
することが望ましい。
このシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フ
ェノール樹脂としては、アルケニル基含有エポキシ樹脂
又はアルケニル基含有フェノール樹脂のアルケニル基に
、下記−散大(I)H,RjSiOヨ土       
−(1)(ただし、式中R1は置換もしくは非置換の一
価炭化水素基、水酸基、アルコキシ基又はアルケニルオ
キシ基を示し、a、bは0.01≦aく1゜1≦b<3
.1≦a + b < 4を満足する正数である。また
、1分子中のけい素原子の数は20〜400の整数であ
り、1分子中のけい素原子に直結した水素原子の数は1
以上の整数である)で表わされる有機けい素化合物のE
SiH基が付加されてなる重合体を好適に用いることが
できる。
この場合、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はフェノー
ル樹脂としては、下記式(If)H /\ (ただし、式中R2は○CH2CH−CH2又ハ水酸基
R3はメチル基又は水素原子であり、pp qは0≦P
≦10.1≦q≦3で示される整数である)で示される
化合物を好適に用いることができる。
またこの場合、シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコ
ーン変性フェノール樹脂は、加水分解性塩素の含有量が
500pp+m以下で、遊離のNa。
Cuイオンが各々2 ppm以下、有機酸含有量が11
00pp以下であることが好ましく、加水分解性塩素等
、遊離のNa、CQイオン、有機酸の含有量が上記値を
越えると、封止した半導体装置の耐熱性が悪くなること
がある。
これらシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性
フェノール樹脂は単独でも、あるいは2種以上を混合し
て配合してもよく、さらに配合量は、組成物に配合する
エポキシ樹脂と硬化剤との合計量100部(重量部、以
下同様)に対して5〜50部とすることが好ましい。こ
れらのシリコーン変性樹脂の配合量が5部より少ないと
十分な低応力性を得にくく、50部を越えると成形品の
機械的強度が低下する場合がある。
ここで、(B)成分を含む硬化剤の配合量は別に制限さ
れないが、(A)成分のエポキシ基(α)と硬化剤のフ
ェノール性水酸基(β)とのモル比(α/β)を0.5
〜2、特に0.8〜1.5の範囲にすることが好適であ
る。両基のモル比が0.5より小さくなると組成物の硬
化特性や成形品の二次転移温度が低くなって耐熱性が低
下する場合があり、2より大きくなると成形品の二次転
移温度や電気特性が悪くなることがある。
本発明の組成物には、さらに必要により各種の添加剤を
添加することができ、例えばカルナバワックス等のワッ
クス類、ステアリン酸等の脂肪酸やその金属塩などの離
型剤(なかでも接着性、H型性の面からカルナバワック
スが好適に用いられる)、カーボンブラック、コバルト
ブルー、ベンガラ等の顔料、酸化アンチモン、ハロゲン
化合物等の難燃化剤、老化防止剤、シランカップリング
剤、イオン交換物質のほか、熱可塑性樹脂、合成ゴムな
どを適宜使用することもできる。なお、本発明のエポキ
シ樹脂組成物は、その製造に際し、上述した成分の所定
量を均一に撹拌、混合し、あらかじめ60〜95℃に加
熱しであるニーダ−ロール、エクストルーダー等で混線
、冷却し、粉砕するなどの方法で得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物はIC,LSI、トランジ
スタ、サイリスタ、ダイオード等の半導体の樹脂封止や
プリント回路板の製造などにも有効に使用でき1本発明
のエポキシ樹脂組成物により半導体装置の樹脂封止を行
なう場合、従来より採用されている成形法、すなわちト
ランスファ成形、インジェクション成形、注型法などを
用いて行なうことができる。成形条件は温度150〜1
80℃、ポストキュアは150〜180℃で2〜16時
間程度行なうことが好ましい6〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明のエポキシ樹脂組成物は、
熱膨張率が低く、低応力性で、熱伝導性に優れると共に
、耐熱性、耐湿性に優れた硬化物を与えるものであり、
従って、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止さ
れた半導体装置は耐クラツク性、耐湿性等に優れ、高い
信頼性を有するものである。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を更に具体的に
説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるもので
はない。なお、以下の例において部はいずれも重量部で
ある。
〔実施例、比較例〕
第1表に示すアルミナ又は窒化アルミニウム550部を
ボールミルに入れ、0.05重量%の1.8−ジアザビ
シクロ−7−ウンデセンを含む2.5部のγ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシランを噴霧し、均一に分散
した。その後、150℃で20時間加熱処理を行なった
得ら九た充填剤、それに第1表に示すエポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂を同表に示
す配合量で用いると共に、これらとカルナバワックス2
部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン1.
5部、溶融シリカ150部、カーボンブラック2部、ト
リフェニルホスフィン0.6部及び1,8−ジアザビシ
クロ7−ウンデセン0.24部を65〜85℃の熱ロー
ルにて混練し、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物を得
た。
これらの組成物について下記の試験を行なった。
結果を第1表に併記する。
スパイラルフロー EMMI規格に準じた金型を使用して、175”C,7
0kg/a(の条件で測定した。
皿すに敢 JIS−に6911に準して175℃、70kg/ci
、成形時間2分の条件でl OmX 4 、X100画
の抗折枠を成形し、180℃で4時間ポストキュアした
ものについて215℃で測定した。
線膨張係 、二 転 占 4 rttn X 4 rtn X 15 rrrnの
試験片を用いて、デイラドメーターにより毎分5℃の速
さで昇温した時の値を測定した。
慕仮鼻生 昭和電工社製Shotherm  QTM−DH迅速熱
伝導計を使用し、50mmφ×91m1の大きさの円盤
を非定常熱線法によって測定した。
ヒートサイクルによる耐クラツク性 9.0mmX4.5mnX0.5mmの大きさのシリコ
ンチップを14PIN−ICフレーム(4270イ)に
接着し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件175℃
×2分で成形し、180℃で4時間ポストキュアした後
、−50’CX 30分〜180℃X30分の熱サイク
ルを繰り返し、1000サイクル後の樹脂クラック発生
率を測定した。
耐湿性 4MDRAMチップを20PINのSOJフレームに接
着し、これにエポキシ樹脂組成物を成型条件175℃×
3分で成型し、180℃で4時間ポストキュアした。こ
れを121℃/10o%RH雰囲気中に24時間放置し
て吸湿後、215℃の半田浴に10秒間浸漬し、更に1
21℃/100%RH雰囲気中に300時間放置した時
のAQ配線断線率を測定した。
盪氷患 180℃、 ’70kg/a1.成型時間2分の条件で
50φ×21m1の円板を成型し、180℃で4時間ポ
ストキュアしたものを121℃/100%PCT中に2
4時間放置し、吸水率を測定した。
■ (式中。
0月。
Gは−CH2CHCH2を示す) クレゾールノボラック型 エポキシ樹脂 との2対l(重量比)付加反応物(エポキシ当t300
.軟化点75℃)。
フェノール樹脂 水酸基当量 ■ ■ 臭素化エポキシ樹脂 8゜ ■ フェノールノボラック型樹脂 α−アルミナ ■ 平均粒径22− α化率〉95% 球状アルミナ X 平均粒径12卿 真球状 ■ 平均粒径1.5− 真球状 !」Z乙火ユ≦二とに 朋 平均粒径25声 1東2立夏 X厘 平均粒径27− 破砕状 Xll  平均粒径1.0− 球状 荀」己りLユ XV  平均粒径18/a 第1表の結果より、本発明のエポキシ樹脂組成物は一次
転移点の温度以上の領域で曲げ弾性率が低いにもかかわ
らず二次転移点が高く、シかも線膨張係数が結晶シリカ
を用いたものに比較して極めて低く、また、熱伝導率が
結晶シリカを用いたものと同等以上であり、その上吸水
率も極めて低く、従って、本発明のエポキシ樹脂組成物
の硬化物で封止した半導体装置はヒートサイクルによる
耐クラツク性、耐湿性が極めて良好であり、高信頼性を
有するもであることが認められる。
出願人  信越化学工業 株式会社 代理人  弁理士 小 島 隆 司

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(A)一分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有
    するエポキシ樹脂、 (B)一分子中にフェノール性水酸基を有する樹脂、 (C)アルミナ及び/又は窒化アルミニウムを必須成分
    とし、かつ(A)成分及び(B)成分の少なくともいず
    れか一方の成分としてナフタレン環を含む化合物を使用
    したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 2、請求項1記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止
    された半導体装置。
JP21459090A 1990-08-14 1990-08-14 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 Pending JPH0496929A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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