JPH0726235A - Conductive paste - Google Patents

Conductive paste

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Publication number
JPH0726235A
JPH0726235A JP19408593A JP19408593A JPH0726235A JP H0726235 A JPH0726235 A JP H0726235A JP 19408593 A JP19408593 A JP 19408593A JP 19408593 A JP19408593 A JP 19408593A JP H0726235 A JPH0726235 A JP H0726235A
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JP
Japan
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group
conductive paste
epoxy resin
compd
curing
Prior art date
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Pending
Application number
JP19408593A
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Japanese (ja)
Inventor
Tokuo Kurokawa
徳雄 黒川
Tetsunaga Niimi
哲永 新美
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.)
Kyocera Chemical Corp
Original Assignee
Toshiba Chemical Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Chemical Corp filed Critical Toshiba Chemical Corp
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Publication of JPH0726235A publication Critical patent/JPH0726235A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Die Bonding (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a highly reliable conductive paste which is excellent in quick-curing properties, resistances to moisture and soldering. and adhesive properties, can contribute to productivity improvement, does not allow the occurrence of voids even when quickly cured, and can adapt to a large-sized semiconductor chip. CONSTITUTION:This conductive paste comprises an epoxy resin contg. at least 80% polyepoxy resin, a curing catalyst consisting of an organoaluminum compd. (e.g. aluminum trisacetylacetonate) and a silicone compd. or organosilane compd. having at least one hydroxyl or hydrolyzable group directly bonded to an Si group in the molecule (e.g. diphenyldiethoxysilane), and a conductive powder.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のアッセン
ブリーや各種部品類の接着等に使用する速硬化性、耐湿
性、半田耐熱性に優れ、半導体チップの大型化に対応し
た導電性ペーストに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a conductive paste for use in the assembly of semiconductor devices, bonding of various parts, etc., which has excellent quick-curing properties, moisture resistance, and soldering heat resistance, and which is suitable for large semiconductor chips. .

【0002】[0002]

【従来の技術】リードフレーム上の所定部分にIC、L
SI等の半導体チップを接続する工程は、素子の長期信
頼性に影響を与える重要な工程の一つである。従来から
この接続方法として、半導体チップのシリコン面をリー
ドフレーム上の金メッキ面に加熱圧着するというAu −
Si 共晶法が主流であった。しかし、近年の貴金属、特
に金の高騰を契機として樹脂封止型半導体装置ではAu
−Si 共晶法から、半田を使用する方法、導電性ペース
トを使用する方法等に急速に移行してきた。
2. Description of the Related Art ICs and Ls are mounted on a predetermined portion of a lead frame.
The process of connecting semiconductor chips such as SI is one of the important processes that affect the long-term reliability of the device. Conventionally, as this connection method, the silicon surface of the semiconductor chip is heated and pressure-bonded to the gold-plated surface on the lead frame.
The Si eutectic method was the mainstream. However, in recent years, the soaring price of precious metals, especially gold, has triggered Au in resin-sealed semiconductor devices.
The transition from the -Si eutectic method to a method using solder, a method using a conductive paste, etc. has been made rapidly.

【0003】しかし、半田を使用する方法は、一部で実
用化されたが半田や半田ボールが飛散して電極等に付着
し、腐食断線の原因となることが指摘されている。一方
導電性ペーストを使用する方法では、通常銀粉末を配合
したエポキシ樹脂が用いられ、約10年程前から実用化さ
れてきたが、信頼性の面でAu −Si 共晶法に比較して
満足すべきものが得られなかった。導電性ペーストを使
用する場合は、半田法に比べて耐熱性に優れる等の長所
を有するものの、その反面、硬化に時間がかかるという
欠点があった。
However, although the method using solder has been partially put into practical use, it has been pointed out that solder or solder balls scatter and adhere to electrodes or the like, which causes corrosion breakage. On the other hand, in the method using a conductive paste, an epoxy resin mixed with silver powder is usually used, and it has been put to practical use for about 10 years. However, in terms of reliability, it is better than the Au-Si eutectic method. I couldn't get anything satisfactory. When a conductive paste is used, it has advantages such as excellent heat resistance as compared with the solder method, but on the other hand, it has a drawback that it takes time to cure.

【0004】さらに、最近、IC、LSIやLED等の
半導体チッの大形化に伴い、クリーム半田リフロー時の
パッケージクラックの発生、また、短時間硬化にした場
合ボイドの発生という大きな問題が生じるという欠点が
あった。
Further, with the recent increase in the size of semiconductor chips such as ICs, LSIs, and LEDs, there is a big problem that package cracks occur during reflow of cream solder, and voids occur when curing for a short time. There was a flaw.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解消するためになされたもので、速硬化性、耐湿性、
半田耐熱性、接着性に優れ、生産性向上に寄与でき、ま
た速硬化にしてもボイドの発生がなく、半導体チップの
大形化に対応した信頼性の高い導電性ペーストを提供し
ようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned drawbacks, and has a rapid curing property, a moisture resistance,
It aims to provide a highly reliable conductive paste that is excellent in solder heat resistance and adhesiveness, can contribute to productivity improvement, and does not cause voids even if it is rapidly cured, and that responds to the increase in size of semiconductor chips. Is.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述する組成
のペーストを用いることによって、上記の目的を達成で
きることを見いだし、本発明を完成したものである。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above object can be achieved by using a paste having a composition described later, and the present invention Is completed.

【0007】即ち、本発明は、 (A)多官能エポキシ樹脂を80%以上含むエポキシ樹
脂、 (B)硬化触媒として、(a )有機基を有するアルミニ
ウム化合物および(b )Si に直結したOH基もしくは
加水分解性基を分子内に 1個以上有するシリコーン化合
物又はオルガノシラン化合物、 (C)導電性粉末を必須成分としてなることを特徴とす
る導電性ペーストである。
That is, the present invention provides (A) an epoxy resin containing 80% or more of a polyfunctional epoxy resin, (B) a curing catalyst (a) an aluminum compound having an organic group, and (b) an OH group directly bonded to Si. Alternatively, it is a conductive paste comprising a silicone compound or an organosilane compound having at least one hydrolyzable group in the molecule, and (C) a conductive powder as an essential component.

【0008】以下、本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.

【0009】本発明に用いる(A)エポキシ樹脂として
は、例えばエピコート827,828,834,100
1,1002,1007,1009(シェル化学社製、
商品名)、DER330,331,332,334,3
35,336,337,660(ダウ・ケミカル社製、
商品名)、アラルダイトGY250,260,280,
6071,6084,6097,6099(チバガイギ
ー社製、商品名)、EPI−REZ510,5101,
(JONEDABNEY社製、商品名)、エピクロン8
10,1000,1010,3010(大日本インキ化
学工業社製、商品名)、旭電化社製EPシリーズ等が挙
げられ、これらは単独又は 2種以上混合して使用するこ
とができる。また、これらのエポキシ樹脂の高純度タイ
プ品や希釈剤として使用される単官能エポキシ樹脂類を
配合することもできる。但し、単官能エポキシ樹脂類は
20%以下、溶剤類も 2%以下であり、多官能エポキシ樹
脂が80%以上含むことが望ましい。多官能エポキシ樹脂
が80%未満であると硬化速度が著しく遅くなり速硬化性
が損なわれ、またボイドが発生しやすくなり好ましくな
い。溶剤類も 2%を超えるとボイドの発生が多くなり好
ましくない。
The epoxy resin (A) used in the present invention is, for example, Epicoat 827,828,834,100.
1,1002,1007,1009 (manufactured by Shell Chemical Co.,
(Trade name), DER330,331,332,334,3
35,336,337,660 (manufactured by Dow Chemical Co.,
Product name), Araldite GY250, 260, 280,
6071, 6084, 6097, 6099 (trade name, manufactured by Ciba Geigy), EPI-REZ510, 5101,
(Product name, manufactured by JONEDABNY), Epicron 8
Examples include 10,1000,1010,3010 (trade name, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.), EP series manufactured by Asahi Denka Co., Ltd. These may be used alone or in combination of two or more. Further, high-purity type products of these epoxy resins and monofunctional epoxy resins used as diluents can be blended. However, monofunctional epoxy resins
20% or less, solvents are also 2% or less, and it is desirable that the polyfunctional epoxy resin contains 80% or more. When the content of the polyfunctional epoxy resin is less than 80%, the curing rate is remarkably slowed, the rapid curing property is impaired, and voids are easily generated, which is not preferable. If the amount of solvent also exceeds 2%, the occurrence of voids increases, which is not preferable.

【0010】本発明に用いる(B)硬化触媒として(a
)有機基を有するアルミニウム化合物および(b )Si
に直結したOH基もしくは加水分解性基を分子内に 1
個以上有するシリコーン化合物又はオルガノシラン化合
物を併用したものである。
As the curing catalyst (B) used in the present invention (a
) Aluminum compounds having an organic group and (b) Si
OH group or hydrolyzable group directly linked to
It is a combination of a silicone compound or an organosilane compound having at least two.

【0011】(a )有機基を有するアルミニウム化合物
としては、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基
等のアルキル基、ベンジル基などの芳香族基、メトキシ
基、エトキシ基などのアルコキシ基、フェノキシ基、ア
セトオキシ基などのアシルオキシ基、アセチルアセトン
等の有機基を有する化合物であり、具体的にはトリイソ
プロピオキシアルミニウム、ジイソプロピオキシアセト
オキシアルミニウム、アルミニウムトリスアセチルアセ
トネート、アルミニウムトリスエチルアセトアセトネー
ト、トリスエチルアルミニウム等が挙げられ、これらは
単独または 2種以上混合して使用することができる。ま
た(b )成分のうち、Si に直結したOH基もしくは加
水分解性基を分子内に 1個以上有するシリコーン化合物
としては、シロキサン骨格が直鎖状又は分岐状のいずれ
でもよく、直鎖状のものは次の一般式で示される。
Examples of the aluminum compound having an organic group (a) include alkyl groups such as methyl group, ethyl group and isopropyl group, aromatic groups such as benzyl group, alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group, phenoxy group, A compound having an acyloxy group such as acetoxy group and an organic group such as acetylacetone, specifically, triisopropoxyaluminum, diisopropioxyacetooxyaluminum, aluminum trisacetylacetonate, aluminum trisethylacetoacetonate, trisethylaluminum. And the like. These can be used alone or in combination of two or more. In the component (b), as the silicone compound having at least one OH group or hydrolyzable group directly bonded to Si in the molecule, the siloxane skeleton may be linear or branched, and may be linear. The thing is shown by the following general formula.

【0012】[0012]

【化1】 (但し、式中R1 、R2 は水素原子、アルキル基、芳香
族基、不飽和アルキル基、ハロアルキル基、OH基また
はアルコキシル基等の加水分解性基を表し、R1、R2
のうち少なくとも1 個はOH基もしくはアルコキシル基
等の加水分解性基である)これらのシリコーン化合物は
単一の分子量である必要はなく、また、いかなる平均分
子量のものでも用いることができる。
[Chemical 1] (Wherein R 1 and R 2 represent a hydrolyzable group such as a hydrogen atom, an alkyl group, an aromatic group, an unsaturated alkyl group, a haloalkyl group, an OH group or an alkoxyl group, and R 1 and R 2
(At least one of them is a hydrolyzable group such as an OH group or an alkoxyl group) These silicone compounds do not have to have a single molecular weight, and any average molecular weight can be used.

【0013】また、(b )成分のうち、Si に直結した
OH基もしくは加水分解性基を分子内に 1個以上有する
オルガノシラン化合物としては、次の一般式で示される
ものが使用され、これらは単独又は 2種以上混合して使
用することができる。
In the component (b), as the organosilane compound having at least one OH group or hydrolyzable group directly linked to Si in the molecule, those represented by the following general formula are used. Can be used alone or in combination of two or more.

【0014】[0014]

【化2】 (但し、式中R3 、R4 、R5 、R6 はアルキル基、芳
香族基、アルコキシ基等の加水分解性基、OH基を表
し、R4 〜R6 のうち少なくとも 1個はOH基もしくは
加水分解性基である)上述した硬化触媒は(a )有機基
を有するアルミニウム化合物と(b )Si に直結したO
H基もしくは加水分解性基を分子内に 1個以上有するシ
リコーン化合物又はオルガノシラン化合物を併用するこ
とが、本発明の目的達成上、重要なことである。
[Chemical 2] (However, in the formula, R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 represent a hydrolyzable group such as an alkyl group, an aromatic group, an alkoxy group, or an OH group, and at least one of R 4 to R 6 is OH. The above-mentioned curing catalyst (which is a group or a hydrolyzable group) is (a) an aluminum compound having an organic group and (b) O directly bonded to Si.
In order to achieve the object of the present invention, it is important to use a silicone compound or an organosilane compound having at least one H group or hydrolyzable group in the molecule.

【0015】本発明に用いる(C)導電性粉末として
は、例えば銀粉末、ニッケル粉末、表面に金属層を有す
る粉末等が挙げられ、これらは単独又は 2種以上混合し
て使用することができる。
Examples of the (C) conductive powder used in the present invention include silver powder, nickel powder, powder having a metal layer on the surface, and the like, and these may be used alone or in combination of two or more kinds. .

【0016】本発明の導電性ペーストは、上述したエポ
キシ樹脂、硬化触媒、導電性粉末を必須成分とするが、
本発明の目的に反しない限り、また必要に応じて、粘度
調整用の少量の溶剤、消泡剤、カップリング剤、その他
の添加剤を配合することができる。この溶剤としては、
ジオキサン、ヘキサノン、酢酸セロソルブ、エチルセロ
ソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテー
ト、ブチルカルビトールアセテート、イソホロン等が挙
げられ、これらは単独又は 2種以上混合して使用するこ
とができる。これらの溶剤はエポキシ樹脂に対して 2重
量%以下の割合で添加配合することが望ましい。配合量
が 2重量%を超えるとボイドが発生しやすくなり好まし
くない。
The conductive paste of the present invention contains the above-mentioned epoxy resin, curing catalyst and conductive powder as essential components.
A small amount of a solvent for adjusting the viscosity, a defoaming agent, a coupling agent, and other additives may be added as long as they do not deviate from the object of the present invention. As this solvent,
Examples thereof include dioxane, hexanone, cellosolve acetate, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, and isophorone, which may be used alone or in combination of two or more. It is desirable that these solvents be added and blended at a ratio of 2% by weight or less with respect to the epoxy resin. If the blending amount exceeds 2% by weight, voids are likely to occur, which is not preferable.

【0017】この導電性ペーストは、常法に従い上述し
た各成分を十分混合した後、更に例えば三本ロール等に
よる混練処理を行い、その後、減圧脱泡して製造するこ
とができる。こうして製造した導電性ペーストは、シリ
ンジに充填しディスペンサーを用いてリードフレーム上
に吐出させ半導体チップをマウントした後、短時間で硬
化させて、半導体装置を製造することができる。
This conductive paste can be manufactured by thoroughly mixing the above-mentioned components in a conventional manner, further kneading with, for example, a three-roll mill, and then defoaming under reduced pressure. The conductive paste thus manufactured can be filled in a syringe, discharged onto a lead frame using a dispenser to mount a semiconductor chip, and then cured in a short time to manufacture a semiconductor device.

【0018】[0018]

【作用】本発明の導電性ペーストは、エポキシ樹脂、特
定の硬化触媒、導電性粉末を必須成分とすることによっ
て、短時間にチップを強固に接着固定するとともに、特
に耐湿性、半田耐熱性を向上させ、大型チップの反り変
形のない半導体装置を製造することが可能となったもの
である。
The conductive paste of the present invention, by using an epoxy resin, a specific curing catalyst, and a conductive powder as essential components, firmly adheres and fixes the chip in a short time, and particularly has excellent moisture resistance and solder heat resistance. It is possible to improve and manufacture a semiconductor device without warpage deformation of a large chip.

【0019】[0019]

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例および比較例において「部」とは特に
説明のない限り「重量部」を意味する。
EXAMPLES Next, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples and comparative examples, "parts" means "parts by weight" unless otherwise specified.

【0020】実施例1 エポキシ樹脂YL−980(油化シェルエポキシ社製、
商品名)29部、アルミニウムトリスアセチルアセトネー
ト 0.5部、ジフェニルジエトキシシラン 1部および銀粉
末69.5部を混合し、さらに三本ロールで混練して導電性
ペースト(A)を製造した。
Example 1 Epoxy resin YL-980 (produced by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.,
(Trade name) 29 parts, aluminum trisacetylacetonate 0.5 part, diphenyldiethoxysilane 1 part and silver powder 69.5 parts were mixed and further kneaded with a three-roll mill to produce a conductive paste (A).

【0021】実施例2 エポキシ樹脂YL−980(油化シェルエポキシ社製、
商品名)29部、フェニルグリシジルエーテル 1部、アル
ミニウムトリスエチルアセトネート1 部、ジフェニルジ
メトキシシラン 1部および銀粉末68部を混合し、さらに
三本ロールで混練して導電性ペースト(B)を製造し
た。
Example 2 Epoxy resin YL-980 (produced by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.,
Product name) 29 parts, phenyl glycidyl ether 1 part, aluminum trisethylacetonate 1 part, diphenyldimethoxysilane 1 part and silver powder 68 parts are mixed and further kneaded with a three-roll to produce a conductive paste (B). did.

【0022】実施例3 エポキシ樹脂エピコート807(油化シェルエポキシ社
製、商品名)28部、フェニルグリシジルエーテル 1部、
アルミニウムトリスエチルアセトネート 0.5部、γ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン 2部および銀粉
末68.5部を混合し、さらに三本ロールで混練して導電性
ペースト(C)を製造した。
Example 3 Epoxy resin Epicoat 807 (manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd., trade name) 28 parts, phenyl glycidyl ether 1 part,
0.5 parts of aluminum trisethylacetonate, 2 parts of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 68.5 parts of silver powder were mixed and further kneaded with a three-roll to prepare a conductive paste (C).

【0023】比較例1 市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型銀ペースト(D)を
入手した。
Comparative Example 1 A commercially available solvent-based silver paste (D) based on an epoxy resin was obtained.

【0024】比較例2 市販のエポキシ樹脂ベースの無溶剤型銀ペースト(E)
を入手した。
Comparative Example 2 Solventless silver paste (E) based on a commercially available epoxy resin
I got.

【0025】実施例1〜3および比較例1〜2で得た導
電性ペースト(A)、(B)、(C)、(D)および
(E)を用いて、半導体チップとリードフレームとを接
着硬化させて、接着強度、ボイドの有無について試験を
行った。また、それを接着硬化させた後エポキシ封止材
料で封止して、樹脂封止型半導体装置をつくった。未硬
化の比較例については 200℃×5 分の追加硬化を行って
から、ボイド試験および樹脂封止を行った。これらの装
置についてクラック発生の有無を試験した。これらの結
果を表1に示したが、いずれも本発明が優れており、本
発明の顕著な効果が認められた。
Using the conductive pastes (A), (B), (C), (D) and (E) obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, a semiconductor chip and a lead frame were prepared. After the adhesive was cured, the adhesive strength and the presence or absence of voids were tested. In addition, a resin-encapsulated semiconductor device was produced by adhesively curing it and then encapsulating it with an epoxy encapsulating material. For the uncured comparative example, a void test and resin sealing were performed after additional curing at 200 ° C. for 5 minutes. These devices were tested for cracks. These results are shown in Table 1, and the present invention was excellent in all cases, and the remarkable effect of the present invention was recognized.

【0026】[0026]

【表1】 *1 :リードフレーム上に 4×12mmのシリコンチップを
接着し、25℃の温度でプッシュプルゲージを用いて測定
した。 *2 :シリコンチップ裏面のボイドについて目視で調査
した。 ○印…ボイドなし、△印…ボイド有り、×印…ボイド大
量に有り。 *3 :85℃×85%, 100H吸湿後、遠赤外線リフロー炉
を通し、パッケージのクラック発生の有無を調査した。
○印…クラックなし、△印…クラック有り。
[Table 1] * 1: A 4 x 12 mm silicon chip was bonded onto the lead frame and measured at a temperature of 25 ° C using a push-pull gauge. * 2: The void on the back surface of the silicon chip was visually inspected. ○ mark: No void, △ mark: Void exists, × mark: Large number of voids. * 3: After absorbing 85H x 85%, 100H moisture, it was passed through a far-infrared reflow furnace and examined for package cracks.
○ mark: no crack, △ mark: crack.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上の説明および表1から明らかなよう
に、本発明の導電性ペーストは、速硬化性、耐湿性、半
田耐熱性、接着性に優れ、生産性向上に寄与でき、速硬
化にしてもボイドの発生がなく、半導体チップの大形化
に対応した信頼性の高いものである。
As is clear from the above description and Table 1, the conductive paste of the present invention is excellent in quick-curing property, moisture resistance, solder heat resistance and adhesiveness, and can contribute to productivity improvement. Even so, it has no voids and is highly reliable in response to the increase in size of semiconductor chips.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (A)多官能エポキシ樹脂を80%以上含
むエポキシ樹脂、 (B)硬化触媒として、(a )有機基を有するアルミニ
ウム化合物および(b )Si に直結したOH基もしくは
加水分解性基を分子内に 1個以上有するシリコーン化合
物又はオルガノシラン化合物、 (C)導電性粉末を必須成分としてなることを特徴とす
る導電性ペースト。
1. An epoxy resin containing (A) a polyfunctional epoxy resin in an amount of 80% or more, (B) as a curing catalyst, (a) an aluminum compound having an organic group, and (b) an OH group directly bonded to Si or hydrolyzable. A conductive paste comprising a silicone compound or organosilane compound having one or more groups in the molecule, and (C) a conductive powder as an essential component.
JP19408593A 1993-07-09 1993-07-09 Conductive paste Pending JPH0726235A (en)

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JP19408593A JPH0726235A (en) 1993-07-09 1993-07-09 Conductive paste

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