JPH09316306A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JPH09316306A
JPH09316306A JP13859496A JP13859496A JPH09316306A JP H09316306 A JPH09316306 A JP H09316306A JP 13859496 A JP13859496 A JP 13859496A JP 13859496 A JP13859496 A JP 13859496A JP H09316306 A JPH09316306 A JP H09316306A
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JP
Japan
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epoxy resin
epoxy
composition
resin composition
antimony
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Application number
JP13859496A
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English (en)
Inventor
Naoki Mogi
直樹 茂木
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体デバイスの信頼性として、安定して優
れた耐燃性と高温時における長期信頼性を著しく向上さ
せた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 5酸化アンチモンの水性ゾル中に硫酸ア
ルミニウムを5酸化アンチモンに対してAl23換算で
0.5〜30重量%添加し、ゲル状水酸化アルミニウム
をPH5〜9で生成させ、濾過、水洗、乾燥、粉砕する
ことにより得られる平均粒子径0.01〜0.5μmの
5酸化アンチモン組成物を含み、エポキシ化合物、フェ
ノール樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂、無機充填材、硬
化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組
成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
信頼性における耐燃性と高温保管性に優れる半導体封止
用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、トランジスタ、IC、LSI等の
半導体素子は、セラミックパッケージあるいはプラスチ
ックパッケージ等により封止され半導体装置化されてい
るのが主流である。上記セラミックパッケージは、構成
材料そのものが耐熱性を有し、また、透湿性が小さく中
空パッケージであるため、耐熱性、耐湿性に優れた封止
が可能である。しかし、構成材料がプラスチックス等よ
り高価であることと、半導体パッケージの生産時に量産
性に劣る欠点を有している。従って、半導体パッケージ
の中でもコスト、量産性に優れるプラスチックパッケー
ジを用いた樹脂封止が、一部の特別な信頼性を必要とす
る高級品を除いて主流となっている。このような樹脂封
止のプラスチックパッケージには、従来よりエポキシ樹
脂組成物が使用されているが、開発当初からの改良、改
善等の信頼性性能向上により、半導体業界での良好は評
価を受けている。しかしながら、半導体分野での技術革
新はとどまるところを知らず、集積度の向上とともに設
計ルールの微細化や素子サイズの大型化が進み、反面、
実装密度向上のため、パッケージサイズの小型化と薄型
化が進み、封止材料には益々信頼性の向上が要求されて
いる。また、半導体パッケージの実装方法も、従来の挿
入実装から、より実装密度の向上が得られる表面実装へ
移行していることから、これに伴い実装時半田付け時に
おける熱衝撃による半田クラック、及びそれに伴う耐湿
性等の信頼性の低下が問題になっている。
【0003】一方、半導体デバイスは、車載でのエンジ
ン周りや、あるいは半導体素子自体の高速化による発熱
により、高温に長時間さらされる場合が有り、このよう
な状態を想定した高温時における長期信頼性も要求され
ている。この高温時における長期信頼性を劣化させる原
因としては、半導体デバイス中のアルミパッド部と金ワ
イヤ−との接合部の合金部分の腐食によるものと推定さ
れている。また、エポキシ樹脂組成物により封止された
場合は、更に腐食が促進され、最近の研究では半導体パ
ッケ−ジの難燃化のために配合する3酸化アンチモンが
原因とする報告(1993年、IEEE、Anthony A Ga
llo)もされている。この3酸化アンチモンは、高温時
において容易にアンチモンイオンに変わり、半導体デバ
イス中のアルミパッド部と金ワイヤーとの接合部の合金
部分の腐食にかかわると推定されるため、よりアンチモ
ンの酸化数の高い酸化アンチモンを使用する方法(特公
昭58−54505号公報、特開昭63−245947
号公報、特開昭63−252451号公報、特開昭63
−307763号公報、特開平1−64243号公報、
特開平4−300951号公報、特表平6−50885
7号公報)が多く提案されている。ところがこれらの方
法は、確かに高温時における長期信頼性の向上をもたら
したが、一方の耐燃性については酸化アンチモンの平均
粒子径について考慮しておらず、エポキシ樹脂組成物中
での分散性に乏しく、反面耐燃性については、あまり改
善はされていないのが現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な問
題に対して、半導体デバイスの信頼性として、安定して
優れた耐燃性と高温時における長期信頼性を著しく向上
させた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するとこ
ろにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決すべく鋭意研究をかさねた結果、耐燃性を得るため
に用いる酸化アンチモンに、5酸化アンチモンの水性ゾ
ル中に硫酸アルミニウムを5酸化アンチモンに対してA
23換算で0.5〜30重量%添加し、ゲル状水酸化
アルミニウムをPH5〜9で生成させ、濾過、水洗、乾
燥、粉砕することにより得られる平均粒子径0.01〜
0.5μmの5酸化アンチモン組成物を用いることによ
り、半導体エポキシ樹脂組成物中での5酸化アンチモン
組成物の分散性が良好で、安定して優れた耐燃性と高温
時における長期信頼性を著しく向上させた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を
完成するに至った。即ち、本発明は、(A)1分子中に
少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合
物、(B)1分子中に少なくとも2個以上の水酸基を有
するフェノール樹脂、(C)5酸化アンチモンの水性ゾ
ル中に硫酸アルミニウムを5酸化アンチモンに対してA
23換算で0.5〜30重量%添加し、ゲル状水酸化
アルミニウムをPH5〜9で生成させ、濾過、水洗、乾
燥、粉砕することにより得られる平均粒子径0.01〜
0.5μmの5酸化アンチモン組成物(以下平均粒子径
0.01〜0.5μmの5酸化アンチモン組成物とす
る。)、(D)1分子中に少なくとも2個以上のエポキ
シ基を有するハロゲン化エポキシ樹脂、(E)無機充填
材、(F)硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物であり、従来の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物に比べ、安定した優れた耐燃性と優れた高温
時の長期信頼性を有する。
【0006】本発明で用いる平均粒子径0.01〜0.
5μmの5酸化アンチモン組成物は、特開平5−208
822号公報の特殊な製造方法で得られるものである。
ここでは、その製造方法について説明する。まず、出発
物質となる5酸化アンチモンの水性ゾルは、従来から知
られている方法で得られる水性ゾルでよいが、特に3酸
化アンチモンを過酸化水素水で酸化して得られるもので
よい。次にこの5酸化アンチモンの水性ゾルに硫酸アル
ミニウムを5酸化アンチモンに対してAl23換算で
0.5〜30重量%の範囲内で添加し、中和剤として一
般的な酸、あるいはアルカリ溶液を加えPH5〜9の範
囲内にし、その後、通常の方法に従い、濾過、水洗、乾
燥、粉砕することにより平均粒子径0.01〜0.5μ
mの5酸化アンチモン組成物が得られる。この場合、5
酸化アンチモンの水性ゾル中に5酸化アンチモンに対し
てAl23換算で0.5〜30重量%のゲル状水酸化ア
ルミニウムをPH5〜9で生成させないと、乾燥段階で
の5酸化アンチモン組成物の粒子間の凝集が強くなりす
ぎ、平均粒子径を0.01〜0.5μmに粉砕すること
が困難である。また、粉砕手段としては、ジェットミル
による方法が好ましい。この平均粒子径0.01〜0.
5μmの5酸化アンチモン組成物の使用量は、総エポキ
シ樹脂組成物量中に0.05〜3.0重量%、更に好ま
しくは0.5〜2.0重量%での使用が望ましい。0.
05重量%未満での使用では、難燃性に乏しく、3.0
重量%を越えると高温時での長期信頼性が低下してしま
う。又平均粒子径が0.01μm未満だと樹脂組成物の
粘度が高くなり不都合が生じる。0.5μmを越えると
分散が不充分で、難燃性が低下する。
【0007】本発明で用いるエポキシ化合物は、1分子
中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ
化合物であればいかなるものであってもよく、たとえば
ビスフェノールA型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変
性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、脂環式エポキ
シ樹脂等が挙げられる。特にエポキシ樹脂組成物の低吸
水性や半導体パッケージ内のリードフレーム等との接着
性を向上させ、耐半田クラック性も具備させるために
は、下記式(1)、もしくは下記式(2)に示されるエ
ポキシ樹脂、あるいはエポキシ化合物を用いるのが好ま
しい。
【化3】
【化4】
【0008】本発明で用いるフェノール樹脂は、1分子
中に少なくとも2個以上の水酸基を有するフェノール樹
脂であればいかなるものであってもよく、たとえばフェ
ノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジ
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂、キシリレン変
性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリ
フェノールメタン型フェノール樹脂等が挙げられ、特に
硬化成形時の成形離型性とエポキシ樹脂組成物の封入時
の流動性を具備させるためには、フェノールノボラック
樹脂を用いるのが好ましい。
【0009】本発明で用いるハロゲン化エポキシ樹脂
は、1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有す
るものであればいかなるものであってもよく、たとえば
ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ブロム
化ビスフェノールA型エポキシ樹脂等が一般的であり、
これらの中から必要に応じて最適なものを選択すればよ
い。エポキシ樹脂組成物の成形時の硬化性を保持したけ
れば、官能基密度の高いブロム化フェノールノボラック
エポキシ樹脂を選択することが好ましく、成形時の流動
性が必要な場合は、粘度の比較的低いブロム化ビスフェ
ノールA型エポキシ樹脂を選択すればよい。また、ハロ
ゲン化エポキシ樹脂の使用量は、これらの総エポキシ樹
脂組成物中に、1.0〜5.0重量%が好ましく、1.
0重量%未満では、難燃性が得られず、5.0重量%を
越える場合は成形性が劣化する。
【0010】本発明で用いる無機充填材としては、一般
的に溶融シリカ粉末の中での粉砕シリカ粉末、あるいは
溶射等により球形化した球状シリカ粉末、結晶シリカ粉
末、窒化珪素粉末、窒化アルミ粉末、アルミナ粉末、炭
酸カルシウム粉末、凝集化シリカ粉末、多孔質化シリカ
粉末等が挙げられ、特に溶融シリカでの破砕シリカ粉
末、球状シリカ粉末、あるいは破砕シリカ粉末と球状シ
リカ粉末の適当な混合物を用いるのが好ましい。また、
無機充填材の総エポキシ樹脂組成物中の配合量として
は、耐半田クラック性を具備することを考えると、70
〜90重量%が好ましい。無機充填材の配合量が70重
量%未満では、半導体パッケージとして硬化したエポキ
シ樹脂組成物の低吸水性が劣化し耐半田クラック性が不
充分である。また、無機充填材の配合量が90重量%を
越える場合は、エポキシ樹脂組成物の封入時の高粘度化
により半導体デバイス中のダイパット、金線ワイヤーの
ずれ等の不都合が生じる。
【0011】本発明で用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ基と水酸基との硬化反応を促進させるものであれば
よい。一般的に封止材料で用いられているものを広く用
いることができる。例えば、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7、トリフェニルホスフィ
ン、ジメチルベンジルアミン、2−メチルイミダゾ−ル
等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよ
い。
【0012】本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜
(F)を必須成分とするが、これ以外に必要に応じてシ
ランカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の
着色剤、各種ワックス等の離型剤及びシリコーンオイ
ル、シリコーンゴム、ポリエチレン、ゴム等の低応力化
添加剤等を適宜配合しても差し支えない。また、本発明
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を封止材料として製
造するには、以上の各種原材料をスーパーミキサー等の
混合機により充分に均一に混合した後、熱ロール、また
はニーダー等の溶融混練機で混練し、冷却後粉砕して封
止材料とし、目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
物が得られることができる。この組成物は一般的には粉
末状、またはタブレットとして使用される。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施例及び比較例を示し、具
体的に説明する。まず、はじめに本発明の対象にあたる
酸化アンチモン及び酸化アンチモン組成物(以下酸化ア
ンチモンと表現)について、実施例及び比較例で用いた
各種酸化アンチモンの一覧を以下の表1示す。酸化アン
チモンA〜Cの生成方法は、同一であるが平均粒子径、
比表面積が異なるものである。 表 1 主成分 平均粒子径 比表面積 (μm) (m2/g) 酸化アンチモンA Sb25 0.03 59 酸化アンチモンB Sb25 0.4 20 酸化アンチモンC Sb25 0.7 18 酸化アンチモンD Sb23 0.6 15 酸化アンチモンE Sb23 10.6 4 以上、5種の酸化アンチモンのうち、酸化アンチモンA
が主成分5酸化アンチモンで、平均粒子径が0.01〜
0.05μmで、本発明の対象酸化アンチモンである。
【0014】《実施例1》下記組成物 ・式(3)で示されるエポキシ樹脂 5.19重量部 (軟化点63℃、エポキシ当量265g/eq)
【化5】 (nの値は、0から3の値を示す混合物であり、その重量割合は、n=0が 0.1に対して、n=1が2.56、n=2が1.45、n=3が0.81 である。) ・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂 1.73重量部 (軟化点58℃、エポキシ当量200g/eq) ・フェノールノボラック樹脂 3.71重量部 (軟化点80℃、水酸基当量105g/eq) ・酸化アンチモンA 1.00重量部 ・ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 1.00重量部 (軟化点70℃、エポキシ当量273g/eq) ・溶融球状シリカ粉末A 79.40重量部 (平均粒子径20μm、2.5m2/g) ・溶融球状シリカ粉末B 7.00重量部 (平均粒子径0.5μm、5.7m2/g) ・1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(DBU) 0.22重量部 ・カーボンブラック 0.25重量部 ・カルナバワックス 0.50重量部 を常温においてスーパーミキサーで混合し、70〜10
0℃で2軸ロールにより混練し、冷却後粉砕して封止材
料とした。
【0015】得られた封止材料をタブレット化し、低圧
トランスファー成形機にて175℃、70Kg/c
2、120秒の条件にて難燃性測定用サンプルを成形
した。難燃性測定用サンプルの寸法は、127mm×1
2.7mm×厚み(1.0mm、1.6mm)である。
高温時の長期信頼性試験用のデバイスサンプルは、同じ
く得られた封止材料をタブレット化し、低圧トランスフ
ァー成形機にて175℃、70Kg/cm、120秒
の条件で、9.0mm×9.0mm×480μmのテス
ト用チップ素子を80pQFPに封止し、高温時の長期
信頼性試験用のデバイスサンプルに用いた。試験結果を
表4に示す。 《評価方法》 ・難燃性試験:UL94垂直法に準ずる ・高温時の長期信頼性試験(高温信頼性):封止したテ
スト用デバイスパッケージ、80pQFPを85℃、8
5%RHの環境下で24時間吸湿処理をし、その後最高
温度240℃、10秒間のIRリフロー炉にて、加熱処
理を施した。次にこれらのテスト用デバイスパッケー
ジ、80pQFPを185℃の環境下に保管し、一定時
間ごとにテスト用チップ素子の電気抵抗値を測定した。
テスト用チップ素子の電気抵抗値の初期値は0.9Ω
で、テスト用デバイスパッケージの数は10個、測定値
は10個の平均値とした。不良発生時間は、抵抗値が1
Ωを越えた時間である。
【0016】《実施例2》実施例1のうち酸化アンチモ
ンAを酸化アンチモンBに変えた以外は、表2に示す実
施例1と同じ配合にて同様に封止材料を作成し、実施例
1の方法に準じて各試験を行った。試験結果を表4に示
す。 《実施例3、4》新たにビフェニル型エポキシ樹脂(油
化シェル(株)・製 YX4000 融点105℃、エポ
キシ当量195g/eq)を用いた以外では、表3に示
す配合にて同様に封止材料を作成し、実施例1の方法に
準じて各試験を行った。試験結果を表5に示す。 《比較例1〜6》表2及び表3に示す配合にて同様に封
止材料を作成し、実施例1の方法に準じて各試験を行っ
た。試験結果を表4及び表5に示す。
【0017】 表 2 実 施 例 比 較 例 1 2 1 2 3 配 合(重量部) 式(3)で示されるエホ゜キシ樹脂 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 オルソクレソ゛ールノホ゛ラック型エホ゜キシ樹脂 1.73 1.73 1.73 1.73 1.73 フェノールノボラック樹脂 3.71 3.71 3.71 3.71 3.71 酸化アンチモンA 1.00 酸化アンチモンB 1.00 酸化アンチモンC 1.00 酸化アンチモンD 1.00 酸化アンチモンE 1.00 フ゛ロム化フェノールノホ゛ラック型エホ゜キシ樹脂 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 溶融球状シリカ粉末A 79.40 79.40 79.40 79.40 79.40 溶融球状シリカ粉末B 7.00 7.00 7.00 7.00 7.00 DBU 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 カーボンブラック 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 カルナバワックス 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
【0018】 表 3 実 施 例 比 較 例 3 4 4 5 6 配 合(重量部) ビフェニル型エポキシ樹脂 6.66 6.66 6.66 6.66 6.66 フェノールノボラック樹脂 3.97 3.97 3.97 3.97 3.97 酸化アンチモンA 1.00 酸化アンチモンB 1.00 酸化アンチモンC 1.00 酸化アンチモンD 1.00 酸化アンチモンE 1.00 フ゛ロム化フェノールノホ゛ラック型エホ゜キシ樹脂 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 溶融シリカ粉末A 79.40 79.40 79.40 79.40 79.40 溶融シリカ粉末B 7.00 7.00 7.00 7.00 7.00 DBU 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 カーボンブラック 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 カルナバワックス 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
【0019】 表 4 実 施 例 比 較 例 1 2 1 2 3 難燃性UL94 サンプル厚1.0mm V−0 V−1 V−1 V−1 V−1 サンプル厚1.6mm V−0 V−0 V−0 V−0 V−1 高温信頼性 100時間(Ω) 0.91 0.91 0.92 0.92 0.92 200時間(Ω) 0.92 0.93 0.92 0.95 0.95 300時間(Ω) 0.92 0.94 0.92 0.96 0.99 400時間(Ω) 0.92 0.94 0.93 0.98 1.53 500時間(Ω) 0.93 0.95 0.94 1.67 600時間(Ω) 0.94 0.95 0.94 800時間(Ω) 0.95 0.96 0.95 1000時間(Ω) 0.97 0.97 0.96 不良発生時間(時間) 1000< 1000< 1000< 500 400
【0020】 表 5 実 施 例 比 較 例 3 4 4 5 6 難燃性UL94 サンプル厚1.0mm V−0 V−1 V−1 V−1 V−1 サンプル厚1.6mm V−0 V−0 V−0 V−0 V−1 高温信頼性 100時間(Ω) 0.91 0.90 0.90 0.93 0.92 200時間(Ω) 0.91 0.90 0.91 0.94 0.95 300時間(Ω) 0.91 0.92 0.92 0.96 0.97 400時間(Ω) 0.92 0.93 0.93 1.13 0.99 500時間(Ω) 0.93 0.93 0.93 2.39 600時間(Ω) 0.94 0.94 0.94 800時間(Ω) 0.95 0.95 0.95 1000時間(Ω) 0.96 0.96 0.96 不良発生時間(時間) 1000< 1000< 1000< 400 500
【0021】
【発明の効果】本発明に従うと、平均粒子径の非常に細
かい(0.01〜0.5μm)5酸化アンチモン組成物
を使用することにより、エポキシ樹脂組成物中での5酸
化アンチモン組成物の分散性が向上し、半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物として、安定した優れた耐燃性ととも
に高温時における長期信頼性の向上が得られるために、
信頼性に優れた半導体デバイスを市場に提供するにあた
り好適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)1分子中に少なくとも2個以上の
    エポキシ基を有するエポキシ化合物、(B)1分子中に
    少なくとも2個以上の水酸基を有するフェノール樹脂、
    (C)5酸化アンチモンの水性ゾル中に硫酸アルミニウ
    ムを5酸化アンチモンに対してAl23換算で0.5〜
    30重量%添加し、ゲル状水酸化アルミニウムをPH5
    〜9で生成させ、濾過、水洗、乾燥、粉砕することによ
    り得られる平均粒子径0.01〜0.5μmの5酸化ア
    ンチモン組成物(以下平均粒子径0.01〜0.5μm
    の5酸化アンチモン組成物とする。)、(D)1分子中
    に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するハロゲン化
    エポキシ樹脂、(E)無機充填材、(F)硬化促進剤を
    必須成分とすることを特徴とする半導体封止用エポキシ
    樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 平均粒子径0.01〜0.5μmの5酸
    化アンチモン組成物を総エポキシ樹脂組成物量中に0.
    05〜3.0重量%含む請求項1記載の半導体封止用エ
    ポキシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 式(1)で示されるエポキシ化合物を総
    エポキシ化合物量中に30〜100重量%含む請求項1
    又は2記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化1】
  4. 【請求項4】 式(2)で示されるエポキシ化合物を総
    エポキシ化合物中にに対して30〜100重量%含むエ
    ポキシ化合物である請求項1又は3記載の半導体封止用
    エポキシ樹脂組成物。 【化2】
  5. 【請求項5】 オルソクレゾールノボラック型エポキシ
    樹脂を総エポキシ化合物量中に30〜100重量%含む
    請求項1又は2記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成
    物。
  6. 【請求項6】 フェノールノボラック樹脂を総フェノー
    ル樹脂量中に30〜100重量%含む請求項1又は2記
    載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000006661A1 (en) * 1998-07-28 2000-02-10 Minnesota Mining And Manufacturing Company Adhesive compositions and their precursors
SG102594A1 (en) * 2000-11-28 2004-03-26 Sumitomo Bakelite Singapore Pt Epoxy resin composition

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