JPH0794641A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0794641A
JPH0794641A JP5194894A JP5194894A JPH0794641A JP H0794641 A JPH0794641 A JP H0794641A JP 5194894 A JP5194894 A JP 5194894A JP 5194894 A JP5194894 A JP 5194894A JP H0794641 A JPH0794641 A JP H0794641A
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hydrogen atom
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Shinya Akizuki
伸也 秋月
Kazuhisa Maeda
和久 前田
Hitomi Shigyo
ひとみ 執行
Norio Kawamoto
紀雄 河本
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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】 【目的】 流動性が良好であり、低線膨張係数、低吸湿
および高強度に優れたエポキシ樹脂組成物およびこれを
用いて封止されているためにTCTテストで評価される
各特性および半田溶融液浸漬時の耐クラック性に優れた
半導体装置を提供する。 【構成】 エポキシ樹脂、ノボラック型フェノ−ル樹
脂、硬化促進剤および無機質充填剤を含むエポキシ樹脂
組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置に
おいて、エポキシ樹脂の1エポキシ当量とノボラック型
フェノ−ル樹脂の1水酸基当量のみを溶融混合してなる
系の150℃でのICI粘度を2.0ポアズ以下に設定
したことを特徴とする構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、流動性が良好である
と共に、低線膨張係数、低吸湿および強度に優れたエポ
キシ樹脂組成物およびこのエポキシ樹脂組成物にて封止
されたためにTCTテストで評価される各特性および半
田溶融液浸漬時の耐クラック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およびLSI等の
半導体素子は、従来セラミックパッケ−ジ等によって封
止され、半導体装置化されていたが、最近では、コスト
および量産性の観点から、プラスチックパッケ−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、従来からエポキシ樹脂組成物硬化体が使用されてお
り良好な成績を収めている。
【0002】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共に素子サイズの大型化、配線の微
細化が進み、パッケ−ジも小型化、薄型化する傾向にあ
り、これに伴って封止樹脂材料に対してより以上の信頼
性(得られる半導体装置の熱応力の低減、耐湿信頼性お
よび耐熱衝撃試験に対する信頼性等)の向上が要求され
ている。
【0003】特に近年、半導体素子サイズは益々大型化
する傾向にあり、樹脂組成物硬化体の性能評価用の加速
試験である熱サイクル試験(TCTテスト)性能のさら
なる向上が要求されている。また、半導体パッケ−ジの
実装方法として表面実装が主流となってきており、この
ために半導体パッケ−ジを吸湿させた上で半田溶融液に
浸漬しても樹脂組成物硬化体にクラックやふくれが発生
しないという特性が要求されている。
【0004】これに関して、従来から、TCTテストで
評価される各特性の向上のために、シリコ−ン化合物で
エポキシ樹脂を変性して熱応力を低減させること、ま
た、半田浸漬時の耐クラック性の向上のためにリ−ドフ
レ−ムとの密着性の向上等が検討されてきた。さらにこ
の他、低粘度樹脂使用により充填剤含有量を増やし、低
線膨張係数化、低吸湿化による上記両特性改善の検討が
なされてきたが、その効果はいまだ充分ではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、これま
での半導体封止用エポキシ樹脂組成物硬化体は、TCT
テストや半田浸漬時の耐クラック性の特性が充分でなか
った。このために上記の技術革新による半導体素子サイ
ズの大型化や表面実装化に対応できるように、上記両特
性を向上させることが強く望まれている。
【0006】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、流動性が良好である共に、低線膨張係数、低
吸湿および高強度に優れたエポキシ樹脂組成物およびこ
のエポキシ樹脂組成物硬化体にて封止されているために
TCTテストで評価される各特性の向上および半田溶融
液浸漬時の耐クラック性に優れた半導体装置の提供を目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、エポキシ樹脂(A)、ノボラック型フェ
ノ−ル樹脂(B)、硬化促進剤および無機質充填剤を含
むエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してな
る半導体装置において、上記(A)および(B)とし
て、(A)の1エポキシ当量と(B)の1水酸基当量の
みを溶融混合してなる系の150℃でのICI粘度を
2.0ポアズ以下に設定したことを特徴とする構成であ
る。
【0008】本発明者らは、TCTテストで評価される
各特性の向上および半田溶融液に浸漬した際の耐クラッ
ク性の向上を実現するために一連の研究を重ねた。その
結果、エポキシ樹脂(A)および硬化剤として(B)の
ようなフェノ−ル樹脂を用いることで、それらを用いて
得られる半導体装置がTCTテストおよび吸水後に半田
溶融液に浸漬した際の耐クラック性の双方に優れるよう
になることを見出し本発明に到達した。
【0009】次にこの発明を詳細に説明する。
【0010】上記(A)成分を構成するエポキシ樹脂
は、特に限定するものではなく従来公知のものが用いら
れる。例えば、ビスフェノ−ルA型、フェノ−ルノボラ
ック型、クレゾ−ルノボラック型およびナフト−ルノボ
ラック型エポキシ樹脂の他、以下のものが挙げられ併せ
て用いることもできる。なお、以下の化学式においてG
lyはグリシジル基を表す。
【0011】
【化17】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化18】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化19】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化20】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化21】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化22】
【化23】
【化24】
【化25】
【化26】
【化27】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化28】
【化29】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化30】 〔nは0〜5の整数である。〕
【0012】また、この中でも特に好ましいものとして
下記の〔化31〕および〔化32〕のようなビフェニル
骨格含有系が挙げられる。これらの樹脂は軟化点が40
〜170℃、エポキシ当量が100〜400のものを用
いるのが好ましい。特に好ましいのは、軟化点が70〜
140℃、エポキシ当量が150〜280のものであ
る。
【化31】
【化32】
【0013】ノボラック型フェノ−ル樹脂(B)成分と
して用いられる本発明の特殊フェノ−ル樹脂は以下の一
般式〔化33〕で表されるものである。
【化33】
【0014】上式〔化33〕中のAとしては以下の様な
フェノ−ル誘導体残基〔化34〕、ナフト−ル誘導体残
基〔化35〕およびジヒドロキシナフタレン誘導体残基
〔化36〕の構造が挙げられる。
【化34】 〔Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭素数1
〜10の炭化水素基である。〕
【化35】 〔Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭素数1
〜10の炭化水素基である。〕
【化36】 〔Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭素数1
〜10の炭化水素基である。〕
【0015】また、〔化33〕中のA’としては以下の
様なフェノ−ル誘導体残基〔化37〕、ナフト−ル誘導
体残基〔化38〕およびジヒドロキシナフタレン誘導体
残基〔化39〕の構造が挙げられる。
【化37】 〔Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭素数1
〜10の炭化水素基である。〕
【化38】 〔Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭素数1
〜10の炭化水素基である。〕
【化39】 〔Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭素数1
〜10の炭化水素基である。〕
【0016】この中でも、特に好ましいのはフェノ−ル
誘導体残基〔化37〕をもった〔化33〕のフェノ−ル
樹脂である。また〔化33〕中のBとしてはフェニル基
およびナフチル基が挙げられるが、特にフェニル基をも
ったものが好ましい。またnは0〜5、mは1〜5の整
数である。
【0017】なお、本発明において用いるエポキシ樹脂
組成物において、エポキシ樹脂の1当量とノボラック型
フェノ−ル樹脂の1水酸基当量を溶融混合した系の15
0℃でのICI粘度は、低ければ低い程好ましい傾向が
あるが、一般的な粘度の下限値は0.05ポアズであ
り、2.0ポアズ以下が好ましい。すなわち2.0ポア
ズを越えると無機質充填剤を高充填にした場合の流動性
の低下、あるいは無機質充填剤の高充填が難しくなり樹
脂組成物の吸水率の低減および線膨張係数の低減がし難
くなる傾向があるからである。また、上記のフェノ−ル
樹脂の軟化点は40〜150℃、水酸基当量は80〜3
00、150℃でのICI粘度は0.01〜10ポアズ
のものが好ましい。特に、好ましいのは軟化点が50〜
120℃、水酸基当量が140〜250、150℃での
ICI粘度が2.0ポアズ以下のものである。すなわち
10ポアズを越えると、無機質充填剤の高充填が難しく
なり、樹脂組成物の吸水率の低減および線膨張係数の低
減がし難くなるからである。なお、ICI粘度はICI
粘度計(コ−ン&プレ−ト型、角度2°外形24mm
Φ)により、試料0.50±0.02gで測定した。す
でに150℃に設定されたプレ−ト中央に試料を注入
し、30秒後、粘度測定を行った。またこの新規フェノ
−ル樹脂は硬化剤として単独で用いてもよいし一般のフ
ェノ−ル樹脂と併せて用いることもできる。
【0018】その場合には、一般のフェノ−ル樹脂の使
用量を硬化剤全体の50重量%以下とするのが好まし
く、特に30重量%以下が好ましい。この一般のフェノ
−ル樹脂は特に限定するものではなく、ナフト−ルノボ
ラック、フェノ−ルノボラック、クレゾ−ルノボラッ
ク、およびビスフェノ−ルA等、従来公知のものが用い
られる。
【0019】また、特に好ましいフェノ−ル樹脂として
以下のものが挙げられ併せて用いることもできる。
【化40】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化41】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化42】 〔nは0〜5の整数、mは1〜5(n+m=1〜6)の
整数である。〕
【化43】 〔nは0〜5の整数、mは1〜5(n+m=1〜6)の
整数である。〕
【化44】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化45】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化46】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化47】 〔nは0〜5の整数である。〕
【化48】 〔nは0〜5の整数、mは1〜5(n+m=1〜6)の
整数である。〕
【0020】これらのフェノ−ル樹脂は軟化点が40〜
150℃、水酸基当量が70〜300のものを用いるこ
とが好ましい。特に好ましいのは、軟化点が50〜12
0℃、水酸基当量が100〜240のものである。
【0021】上記エポキシ樹脂とノボラック型フェノ−
ル樹脂(一般のフェノ−ル樹脂の併用の場合を含む。)
の配合比は、エポキシ樹脂中のエポキシ基1当量当た
り、フェノ−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望ましい。
【0022】上記エポキシ樹脂(A)成分、ノボラック
型フェノ−ル樹脂(B)成分と共に用いられる無機質充
填剤は、特に限定するものではなく、一般に用いられて
いる石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末、アルミナ粉
末、炭酸カルシウムおよびカ−ボンブラック粉末等が挙
げられる。特に、シリカ粉末を用いるのが好適である。
このような無機質充填剤の含有量は、シリカ粉末の場
合、エポキシ樹脂組成物全体の50重量%以上に設定す
るのが好ましい。特に好ましくは80重量%以上であ
る。すなわち、シリカ粉末の含有量が50重量%を下回
ると充填剤を含有した効果が大幅に低下する傾向がみら
れるからである。
【0023】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記エポキシ樹脂(A)成分、ノボラック
型フェノ−ル樹脂(B)成分、硬化促進剤および無機質
充填剤以外に、必要に応じて低応力化剤として、一般に
シリコ−ンゴムやオレフィンゴムが用いられる。また、
硬化促進剤としては従来公知の三級アミン、四級アンモ
ニウム塩、イミダゾ−ル類およびホウ素化合物等を単独
でもしくは併せて用いることができる。
【0024】さらに、三酸化アンチモン、リン系化合物
等の難燃剤やカ−ボンブラックや酸化チタン等の顔料、
パラフィンや脂肪族エステル等の離型剤、シランカップ
リング剤等のカップリング剤を用いることができる。
【0025】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状
になっている。
【0026】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、例えば次のようにして製造することができる。すな
わち、上記エポキシ樹脂、フェノ−ル樹脂、硬化促進剤
および無機質充填剤、そして必要に応じて低応力化剤、
難燃剤、顔料、離型剤およびシランカップリング剤を所
定の割合で配合する。ついで、これらの混合物をミキシ
ングロ−ル機等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練し
て、これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕
し、必要に応じて打錠するという一連の工程によって目
的とするエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【0027】このようなエポキシ樹脂組成物を用いて、
半導体素子を封止する方法は、特に限定するものではな
く、通常のトランスファ−成形等の公知のモ−ルド方法
によって行うことができる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、上記エポキシ樹脂、特定のノボラック型フェノ−ル
樹脂を含有する流動が良好で、低線膨張係数、低吸湿お
よび高強度に優れた特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて
封止されているために、TCTテストで評価される特性
が向上して長寿命になる。また吸湿後、半田溶融液に浸
漬した場合においても本発明のエポキシ樹脂組成物硬化
体はクラックが発生しにくい。このことより、上記特殊
なエポキシ樹脂組成物による封止により、8ピン以上、
特に16ピン以上の、もしくは半導体素子の長辺が4m
m以上の大型の半導体装置において、上記のような高信
頼性が得られるようになり、これが大きな特徴である。
【0029】
【実施例】つぎに、実施例を比較例と併せて説明する。
エポキシ樹脂組成物の作製に先立って、下記に示すよう
に(A)成分としてエポキシ樹脂A、エポキシ樹脂B、
エポキシ樹脂C、エポキシ樹脂D、エポキシ樹脂Eおよ
びエポキシ樹脂F、(B)成分としてフェノ−ル樹脂
G、フェノ−ル樹脂H、フェノ−ル樹脂I、フェノ−ル
樹脂J、フェノ−ル樹脂Kおよびフェノ−ル樹脂Lを準
備した。
【0030】「エポキシ樹脂A」
【化49】 〔エポキシ当量 195g/eq、軟化点 107℃〕
「エポキシ樹脂B」
【化50】 〔エポキシ当量 176g/eq、軟化点 125℃〕
「エポキシ樹脂C」
【化51】 〔エポキシ当量 256g/eq、軟化点 63℃、n
は0又は1の整数〕「エポキシ樹脂D」
【化52】 〔エポキシ当量 182g/eq、軟化点 138℃〕
「エポキシ樹脂E」
【化53】 〔エポキシ当量 259g/eq、軟化点 88℃、n
は1〜4の整数〕「エポキシ樹脂F」
【化54】 〔エポキシ当量 195g/eq、軟化点 85℃、n
は1〜4の整数〕
【0031】「フェノ−ル樹脂G」
【化55】 〔水酸基当量 163g/eq、軟化点 73℃、n=
1〜2の整数、m=1〜2の整数(n+m=2〜4の整
数)〕「フェノ−ル樹脂H」
【化56】 〔水酸基当量 168g/eq、軟化点 121℃、n
=0〜3の整数〕「フェノ−ル樹脂I」
【化57】 〔水酸基当量 167g/eq、軟化点 91℃、n=
0〜2の整数〕「フェノ−ル樹脂J」
【化58】 〔水酸基当量 150g/eq、軟化点 84℃、n=
0〜2の整数〕「フェノ−ル樹脂K」
【化59】 〔水酸基当量 173g/eq、軟化点 70℃、n=
0〜3の整数〕「フェノ−ル樹脂L」
【化60】 〔水酸基当量 158g/eq、軟化点 76℃、n=
0〜2の整数〕「フェノ−ル樹脂M」
【化61】 〔水酸基当量 107g/eq、軟化点 80℃、n=
0〜4の整数〕
【0032】実施例1〜15および比較例1〜3。下記
の〔表1〕および〔表2〕に示す各原料を、同表に示す
割合で配合し、ミキシングロ−ル機(温度100℃)で
3分間溶融混練を行い、冷却固化後粉砕して目的とする
粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。また、同時に〔表
1〕および〔表2〕に示すエポキシ樹脂と硬化剤のみの
樹脂系粘度の測定結果を〔表3〕に示す。各樹脂系の粘
度の測定は次のようにして行った。エポキシ樹脂および
硬化剤を1:1の当量比で、合計10g卓上粉砕機にて
粉砕する。その内0.5gの試料を150℃に設定した
プレ−ト中央に注入し、30秒後、粘度測定を行った。
粘度計は、ICI粘度計(コ−ン&プレ−ト型、角度2
°、外形24mmΦ)である。
【表1】
【表2】
【表3】
【0033】以上の実施例および比較例によって得られ
たエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフ
ァ−成形(条件:175℃×2分、圧力60Kgf/c
2、175℃×5時間後硬化)することにより半導体
装置を得た。このパッケ−ジは80ピン四方向フラット
パッケ−ジ(80ピンQFP、サイズ:20×14×2
mm)であり、ダイパッドサイズは8×8mmである。
【0034】このようにして得られた半導体装置につい
て、−50℃/5分〜150℃/5分のTCTテストを
行った。また、85℃/85%RHの相対湿度の恒温槽
中に放置して吸湿させた後に、260℃の半田溶融液に
10秒間浸漬する試験を行った。この結果を下記の〔表
4〕および〔表5〕に示した。
【表4】
【表5】
【0035】〔表4〕および〔表5〕の結果から、実施
例品のTCTテストおよび半田溶融液への浸漬時の耐ク
ラック性が比較例の従来品に較べて著しく優れているこ
とが明らかである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河本 紀雄 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日東 電工株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂(A)、ノボラック型フェ
    ノ−ル樹脂(B)、硬化促進剤および無機質充填剤を含
    むエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してな
    る半導体装置において、上記(A)および(B)とし
    て、(A)の1エポキシ当量と(B)の1水酸基当量の
    みを溶融混合してなる系の150℃でのICI粘度を
    2.0ポアズ以下に設定したことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 ノボラック型フェノ−ル樹脂が下記の一
    般式〔化1〕で表される請求項1記載の半導体装置。 【化1】 〔上記一般式〔化1〕中において、Aは以下の〔化
    2〕、〔化3〕あるいは〔化4〕で、A’は〔化5〕、
    〔化6〕あるいは〔化7〕であり、Bはフェニル基又は
    ナフチル基である。またnは0〜5、mは1〜5(n+
    m=1〜6)の整数である。〕 【化2】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化3】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化4】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化5】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化6】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化7】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕
  3. 【請求項3】 エポキシ樹脂が下記の一般式〔化8〕で
    表される請求項2記載の半導体装置。 【化8】 〔上記一般式〔化8〕中において、Rは水素原子、ハロ
    ゲン原子、炭素数1〜10の炭化水素基又はアリル基で
    あり、nは0〜5の整数である。また式中のエポキシ樹
    脂は置換基Rの異なる2〜4種のエポキシ樹脂の混合体
    も含む。〕
  4. 【請求項4】 無機質充填剤がエポキシ樹脂組成物全体
    の50〜92重量%含有してなる請求項3記載の半導体
    装置。
  5. 【請求項5】 エポキシ樹脂(A)、ノボラック型フェ
    ノ−ル樹脂〔化9〕、硬化促進剤および無機質充填剤を
    含むエポキシ樹脂組成物であって、上記(A)および
    〔化9〕として、(A)の1エポキシ当量と〔化9〕の
    1水酸基当量のみを溶融混合してなる系の150℃での
    ICI粘度を2.0ポアズ以下に設定したことを特徴と
    するエポキシ樹脂組成物。 【化9】 〔上記一般式〔化9〕中において、Aは以下の〔化1
    0〕、〔化11〕あるいは〔化12〕で、A’は〔化1
    3〕、〔化14〕あるいは〔化15〕であり、Bはフェ
    ニル基又はナフチル基である。またnは0〜5、mは1
    〜5(n+m=1〜6)の整数である。〕 【化10】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化11】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化12】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化13】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化14】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕 【化15】 〔但し、Rは水素原子、ハロゲン原子、アリル基又は炭
    素数1〜10の炭化水素基である。〕
  6. 【請求項6】 エポキシ樹脂が下記の一般式〔化16〕
    で表される請求項5記載のエポキシ樹脂組成物。 【化16】 〔上記一般式〔化16〕中において、Rは水素原子、ハ
    ロゲン原子、炭素数1〜10の炭化水素基又はアリル基
    であり、nは0〜5の整数である。また式中のエポキシ
    樹脂は置換基Rの異なる2〜4種のエポキシ樹脂の混合
    体も含む。〕
  7. 【請求項7】 無機質充填剤がエポキシ樹脂組成物全体
    の50〜92重量%含有してなる請求項6記載のエポキ
    シ樹脂組成物。
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JP2007146171A (ja) * 2007-01-05 2007-06-14 Nippon Kayaku Co Ltd ダイボンディングペースト用エポキシ樹脂組成物
WO2015125760A1 (ja) * 2014-02-19 2015-08-27 日本化薬株式会社 樹脂変性フィラー、エポキシ樹脂組成物、およびその硬化物

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