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JP2001247653A - 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

Info

Publication number
JP2001247653A
JP2001247653A JP2000064067A JP2000064067A JP2001247653A JP 2001247653 A JP2001247653 A JP 2001247653A JP 2000064067 A JP2000064067 A JP 2000064067A JP 2000064067 A JP2000064067 A JP 2000064067A JP 2001247653 A JP2001247653 A JP 2001247653A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
epoxy resin
resin composition
group
carbon atoms
integer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000064067A
Other languages
English (en)
Inventor
Shingo Deguchi
真吾 出口
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.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority to JP2000064067A priority Critical patent/JP2001247653A/ja
Publication of JP2001247653A publication Critical patent/JP2001247653A/ja
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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】 【課題】 各種基材との接着強度、耐半田性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 (A)ジシクロペンタジエン変性フェノ
ール型エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)一
般式(2)のシランカップリング剤、(D)無機充填
材、(E)硬化促進剤を必須成分とし、かつ全エポキシ
樹脂組成物中に無機充填材を70〜92重量%含むこと
を特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種基材との接着
強度及び耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組
成物及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】IC、LSI等の半導体素子の封止方法
としてエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が低コ
スト、大量生産に適しており採用されて久しく、信頼性
の点でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェノール樹脂の
改良により特性の向上が図られてきた。しかし、近年の
電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向におい
て半導体の高集積化も年々進み、又半導体装置の表面実
装化が促進されるなかで半導体封止用エポキシ樹脂組成
物への要求は益々厳しいものとなってきている。このた
め、従来からのエポキシ樹脂組成物では解決できない問
題点も出てきている。その最大の問題点は表面実装の採
用により半導体装置が半田浸漬、或いは半田リフロー工
程で急激に200℃以上の高温にさらされ、吸湿した水
分が爆発的に気化する際の応力により半導体装置にクラ
ックが発生したり、半導体素子、リードフレーム、イン
ナーリード上の各種メッキされた各基材と樹脂組成物の
硬化物の界面での剥離が生じ信頼性が著しく低下する現
象である。
【0003】半田処理による信頼性低下を改善するため
に、エポキシ樹脂組成物中の溶融シリカ粉末の充填量を
増加させることで低吸湿化、高強度化、低熱膨張化を達
成し耐半田性を向上させるとともに、低溶融粘度の樹脂
を使用して成形時に低粘度で高流動性を維持させる手法
が一般的となりつつある。一方、半田処理による信頼性
においてエポキシ樹脂組成物の硬化物と半導体装置内部
に存在する半導体素子やリードフレーム等の基材との界
面の接着強度は非常に重要になってきている。この界面
の接着強度が弱いと半田処理後の基材との界面で剥離が
生じ、更にはこの剥離に起因し半導体装置にクラックが
発生する。従来から耐半田性の向上を目的として、γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ―アミノ
プロピルトリエトキシシラン等のカップリング剤をエポ
キシ樹脂組成物中に添加してきた。しかし近年ますます
厳しくなっている耐半田性に対する要求に対して、これ
らのカップリング剤では充分な性能を発現できなくなっ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、各種基材と
の接着強度に優れたエポキシ樹脂組成物及び耐半田性に
優れた半導体装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)一般式
(1)で示されるエポキシ樹脂、(B)フェノール樹
脂、(C)一般式(2)、一般式(3)、又は一般式
(4)の化合物から選ばれる1種以上のシランカップリ
ング剤、(D)無機充填材、(E)硬化促進剤を必須成
分とし、かつ全エポキシ樹脂組成物中に無機充填材を7
0〜92重量%含むことを特徴とする半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物及びこれを用いて半導体素子を封止して
なることを特徴とする半導体装置である。
【化5】 (Rはアルキル基の中から選択される同一もしくは異な
る基、pは0〜3の整数、nは平均値で、1〜10正
数。)
【0006】
【化6】 (R1は炭素数1〜10のアルコキシ基、R2は炭素数1
〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数、R3
水素原子、フェニル基、炭素数1〜9のアルキル基、又
はアミノ基である。mは1〜5の整数、kは平均値で、
1〜10の正数。)
【0007】
【化7】 (R4は炭素数1〜10のアルコキシ基で、R5は炭素数
1〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数。)
【0008】
【化8】 (R6は炭素数1〜10のアルコキシ基で、R7は炭素数
1〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数。)
【0009】
【発明の実施の形態】本発明で用いられる一般式(1)
のエポキシ樹脂は、ジシクロペンタジエンとフェノール
類を付加反応により重合させたフェノール樹脂をグリシ
ジルエーテル化したもので、従来のオルソクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂に比較し、ガラス転移温度を越
えた高温時の弾性率が低く、又低吸水である。従って、
表面実装時の半田付け時における熱ストレスを低減させ
ることができ、耐半田性に優れるエポキシ樹脂組成物を
得ることができる。耐半田性の効果を最大限引き出すた
めには、一般式(1)で示されるエポキシ樹脂を全エポ
キシ樹脂に対して30重量%以上、好ましくは50重量
%以上使用することが望ましい。30重量%未満だと高
温時の低弾性化が得られず耐半田性が不十分である。又
全エポキシ樹脂組成物中の無機充填材量を70〜92重
量%とするためには、作業性、成形性に悪影響を与えな
い範囲で、軟化点の低いエポキシ樹脂を使用することが
好ましい。更に一般式(1)中のRは、 p=0のもの
が好ましい。併用する場合のエポキシ樹脂としては、1
分子中に2個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリ
ゴマー、ポリマー全般を指し、例えばビフェニル型エポ
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型エポ
キシ樹脂及びトリアジン核含有エポキシ樹脂等が挙げら
れる。
【0010】本発明に用いられるフェノール樹脂は、エ
ポキシ樹脂と硬化反応を行い架橋構造を形成することが
できる、1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有
するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、特に
限定するものではないが、例えば、フェノールノボラッ
ク樹脂、クレゾールノボラック樹脂、パラキシリレン変
性フェノール樹脂、メタキシリレン・パラキシリレン変
性フェノール樹脂等のフェノールアラルキル樹脂、テル
ペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フ
ェノール樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して
も差し支えない。軟化点、水酸基当量等も特に規定する
ものではないが、樹脂中の塩素含有量は極力低い方が長
期信頼性の点から好ましい。全エポキシ樹脂組成物中の
無機充填材量を70〜92重量%とするためには、エポ
キシ樹脂と同様、軟化点の低いフェノール樹脂を使用す
ることが望ましい。
【0011】本発明で用いられる一般式(2)で示され
るカップリング剤は、ポリエチレンイミン変性部分を含
んでおり、このポリエチレンイミン変性部分を含んでい
ることにより樹脂との反応性が高くなると同時に、無機
充填材や各種基材表面の水酸基と反応することにより接
着強度が高まり耐半田性を向上させることができる。一
般式(2)中のR1は、炭素数1〜10のアルコキシ
基、R2は炭素数1〜10のアルキル基である。nは1
〜3の整数であるが、アルコキシ基が無機充填材や各種
基材との接着強度を向上させることから、n=3が最も
好ましい。又アルコキシ基の炭素数を調整することによ
り、シランカップリング剤と樹脂や無機充填材との反応
性を調整することができる。mは1〜5の整数である
が、m=3が入手しやすさから好ましい。又kが大きく
なるに従いシランカップリング剤の粘度が上昇し、エポ
キシ樹脂組成物中での均一混合が困難となる。このよう
なシランカップリング剤を用いる場合は、アルコール等
に溶解させ粘度を調整して用いてもよい。
【0012】本発明で用いられる一般式(3)で示され
るカップリング剤は、イソシアヌネート環を含んでお
り、このイソシアヌネート環を含んでいることにより樹
脂との濡れ性が向上すると同時に、極性構造のため種々
の基材との接着強度を向上させることができる。一般式
(3)中のR4は炭素数1〜10のアルコキシ基で、R5
は炭素数1〜10のアルキル基である。nは1〜3の整
数であるが、アルコキシ基が無機充填材や各種基材との
接着強度を向上させることから、n=3が最も好まし
い。又アルコキシ基の炭素数を調整することにより、シ
ランカップリング剤と樹脂や無機充填材との反応性を調
整することができる。
【0013】本発明で用いられる一般式(4)で示され
るカップリング剤は、分子中に4つの硫黄原子が結合し
たスルフィド結合を有し、この結合によって金属、特に
他のシランカップリング剤では高い接着力が得られにく
い、金、銀、ニッケル等の金属表面との接着性を向上さ
せる効果がある。一般式(4)中のR6は炭素数1〜1
0のアルコキシ基で、R7は炭素数1〜10のアルキル
基である。nは1〜3の整数であるが、アルコキシ基が
無機充填材や各種基材との接着強度を向上させることか
ら、n=3が最も好ましい。又アルコキシ基の炭素数を
調整することにより、シランカップリング剤と樹脂や無
機充填材との反応性を調整することができる。
【0014】本発明で用いられる一般式(1)のエポキ
シ樹脂は、その疎水構造から低吸湿性の特徴を有してい
るが、一方リードフレーム材質である鉄/ニッケル合金
や銅合金等の金属、電気接続端子の表面に形成される
金、銀等のメッキ、半導体素子上に形成される窒化ケイ
素等の無機保護膜やポリイミド等の有機保護膜に代表さ
れる極性を有する表面との親和性が低く、樹脂組成物の
硬化物とこれらの界面での接着強度が劣るという欠点が
ある。又一般式(1)のエポキシ樹脂は、可撓性構造を
有するために熱時弾性率が低く、半田リフロー処理等で
発生する熱応力を吸収する特徴を有しているが、一方熱
時強度が低いこと、シリカ界面との接着強度が低いこと
により、耐半田性が低いという欠点がある。一般式
(1)のエポキシ樹脂の特徴を生かしたまま、前記した
一般式(1)の問題点を改良する手法として、一般式
(2)〜一般(4)で示されるシランカップリング剤と
の組合せが好適である。特に、各種の異種の界面を有す
る半導体装置においては、適宜これらシランカップリン
グと組み合わせることにより最適の特性を得ることがで
きる。
【0015】本発明で用いられる一般式(2)〜一般式
(4)で示されるシランカップリング剤は、他のシラン
カップリング剤と併用できる。併用できるシランカップ
リング剤としては、1分子中にアルコキシシリル基と、
エポキシ基等の有機官能基を有するシラン化合物全般を
指し、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、
N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメト
キシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメ
トキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラ
ン等のアミノ基を有するシラン、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロ
ヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシ基を
有するシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシ
ラン等のメルカプト基を有するシラン、ビニルトリメト
キシシラン等のビニル基を有するシラン、γ−(メタク
リロキシプロピル)トリメトキシシラン等のメタクリル
基を有するシランなど挙げることができるが、これらに
限定されるものではない。
【0016】一般式(2)〜一般式(4)で示されるシ
ランカップリング剤は、予めアルコキシ基の一部又は全
部を加水分解した加水分解物として添加してもよい。こ
の場合予めアルコキシ基が加水分解されているため、無
機充填材や各種基材表面の水酸基と容易に水素結合或い
は共有結合を形成し、耐半田性を向上させることができ
る。通常シランカップリング剤は、エポキシ樹脂組成物
中にインテグラルブレンドにより混合されるが、一般式
(2)〜一般式(4)で示されるシランカップリング剤
の全部又は一部を、予めエポキシ樹脂やフェノール樹脂
の全部又は一部に加熱混合してもよい。シランカップリ
ング剤は、半導体装置の内部に存在する各種基材とエポ
キシ樹脂組成物の硬化物との界面で親和性向上や化学結
合形成による界面接着強度向上にも効果がある。この場
合は配合されたシランカップリング剤が、エポキシ樹脂
組成物の成形時に各種基材との界面に効率的に移行しや
すいことが必要になる。このために有効な手法が、シラ
ンカップリング剤を予め樹脂に加熱混合させる方法であ
る。又シランカップリング剤は、予め全てのエポキシ樹
脂、フェノール樹脂と加熱混合しても一部のエポキシ樹
脂或いはフェノール樹脂と加熱混合してもよい。
【0017】一方、シランカップリング剤は、無機充填
材表面に存在することにより、無機充填材とエポキシ樹
脂組成物中の有機成分を化学的に結合させ、界面接着性
の向上に有効であると考えられる。このように無機充填
材と有機成分の界面接着性を向上させるためには、シラ
ンカップリング剤が無機充填材表面に存在することが必
要であり、従って一般式(2)〜一般式(4)で示され
るシランカップリング剤で、無機充填材表面を処理する
ことにより界面接着強度の向上により熱時強度や耐半田
性の向上に効果がある。無機充填材の表面にシランカッ
プリング剤を処理する方法としては、攪拌されている無
機充填材にシランカップリング剤或いはアルコール等に
溶解した溶液を噴霧し、更に攪拌を行った後に室温に放
置したり或いは加熱することにより表面処理無機充填材
を得ることができる。表面処理したシランカップリング
剤の他に、シランカップリング剤をインテグラルブレン
ド又は樹脂と予め加熱混合する手法と併用してもよい。
【0018】本発明で用いられる無機充填材の種類につ
いては特に制限はなく、一般に封止材料に用いられてい
るものを使用することができる。例えば、溶融破砕シリ
カ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、2次凝集シリカ、ア
ルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム等が挙げ
られ、特に溶融球状シリカが好ましい。形状は限りなく
真球状であることが好ましく、粒子の大きさの異なるも
のを混合することにより充填量を多くすることができ
る。無機充填材の配合量としては、全エポキシ樹脂組成
物中に70〜92重量%が好ましい。70重量%未満だ
と無機充填材による補強効果が十分に発現せず、かつ吸
湿要因である樹脂成分の配合量が多くなるのでエポキシ
樹脂組成物の硬化物の吸湿量が増大してしまうため半田
処理時に半導体装置にクラックが発生しやすくなるため
好ましくない。92重量%を越えるとエポキシ樹脂組成
物の流動性が低下し、成形時に充填不良やチップシフ
ト、パッドシフト、ワイヤースイープが発生しやすくな
るため好ましくない。
【0019】本発明で用いられる硬化促進剤としては、
エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応を促進する
ものであればよく、例えば、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7等のアミン系化合物、ト
リフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム
・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、2
−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。これらの
硬化促進剤は単独でも混合して用いても差し支えない。
【0020】本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜
(E)成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂,酸
化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、酸化ビスマス水
和物等の無機イオン交換体、カーボンブラック、ベンガ
ラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の
低応力化剤、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸
及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、酸化
防止剤等の各種添加剤を配合することができる。本発明
のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(E)成分及びその
他の添加剤等をミキサーを用いて混合後、熱ロール、加
熱ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し冷却後粉砕
して得られる。本発明の樹脂組成物を用いて、半導体素
子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、
トランスファーモールド、コンプレッションモールド、
インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すれ
ばよい。
【0021】以下、本発明を実施例で具体的に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。配合単
位は重量部とする。 実施例1 式(5)のエポキシ樹脂(エポキシ当量250、軟化点65℃) 10.2重量部 フェノールノボラック樹脂(水酸基当量105、軟化点60℃)2.8重量部 式(6)のフェノール樹脂(水酸基当量175、軟化点95℃)2.8重量部 式(2)のシランカップリング剤(但し、R1は、エトキシ基で、R3は、アミ ノ基、kは5、mは3、nは3) 0.5重量部 溶融球状シリカ粉末 80.4重量部 1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(以下、DBUという ) 0.2重量部 臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 0.5重量部 三酸化アンチモン 2.0重量部 カーボンブラック 0.3重量部 カルナバワックス 0.3重量部
【化9】
【0022】
【化10】 をミキサーを用いて混合した後、表面温度が90℃と4
5℃の2本ロールを用いて30回混練し、得られた混練
物シートを冷却後粉砕して樹脂組成物を得た。得られた
樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表1に示
す。
【0023】評価方法 スパイラルフロー:EMMI−1−66に準じたスパイ
ラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度175℃、
注入圧力70kg/cm2、硬化時間2分で測定した。
単位はcm。 熱時強度:240℃での曲げ強さをJIS K 691
1に準じて測定した。単位はN/mm2。 耐半田性:100ピンTQFP(パッケージサイズは1
4×14mm、厚み1.4mm、シリコンチップサイズ
は8.0×8.0mm、リードフレームは42アロイ
製)を金型温度175℃、注入圧力75kg/cm2
硬化時間2分でトランスファー成形し175℃、8時間
で後硬化させた。得られた半導体パッケージを85℃、
相対湿度85%の環境下で168時間放置し、その後2
40℃の半田槽に10秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラ
ックを観察し、クラック数[(クラック発生パッケージ
数)/(全パッケージ数)×100]を%で表示した。
又チップと樹脂組成物の硬化物との剥離面積の割合を超
音波探傷装置を用いて測定し、剥離率[(剥離面積)/
(チップ面積)×100]として、5個のパッケージの
平均値を求め、%で表示した。
【0024】実施例2〜6、比較例1〜3 表1に示す割合で各成分を配合し、実施例1と同様にし
て樹脂組成物を得、実施例1と同様にして評価した。結
果を表1に示す。なお、実施例2、実施例4、実施例6
に用いた式(3)のR4は、メトキシ基で、nは3、実
施例3、実施例5、実施例6に用いた式(4)のR
6は、エトキシ基で、nは3である。
【表1】
【0025】
【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、各種基
材との接着強度に優れ、これを用いて封止された半導体
装置は、耐半田性に優れている。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年6月16日(2000.6.1
6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【化1】 (Rは、アルキル基の中から選択される同一もしくは異
なる基、pは0〜3の整数、nは平均値で、1〜10正
数。)
【化2】 (R1は炭素数1〜10のアルコキシ基、R2は炭素数1
〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数、R3
水素原子、フェニル基、炭素数1〜9のアルキル基、又
はアミノ基である。mは1〜5の整数、kは平均値で、
1〜10の正数。)
【化3】 (R4は炭素数1〜10のアルコキシ基で、R5は炭素数
1〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数。)
【化4】 (R6は炭素数1〜10のアルコキシ基で、R7は炭素数
1〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数。)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)一般式(1)で示されるエポキシ樹
    脂、(B)フェノール樹脂、(C)一般式(2)、一般
    式(3)、又は一般式(4)の化合物から選ばれる1種
    以上のシランカップリング剤、(D)無機充填材、
    (E)硬化促進剤を必須成分とし、かつ全エポキシ樹脂
    組成物中に無機充填材を70〜92重量%含むことを特
    徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化1】 (Rは、アルキル基の中から選択される同一もしくは異
    なる基、pは0〜3の整数、nは平均値で、1〜10正
    数。) 【化2】 (R1は炭素数1〜10のアルコキシ基、R2は炭素数1
    〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数、R3
    水素原子、フェニル基、炭素数1〜9のアルキル基、又
    はアミノ基である。mは1〜5の整数、kは平均値で、
    1〜10の正数。) 【化3】 (R4は炭素数1〜10のアルコキシ基で、R5は炭素数
    1〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数。) 【化4】 (R6は炭素数1〜10のアルコキシ基で、R7は炭素数
    1〜10のアルキル基である。nは1〜3の整数。)
  2. 【請求項2】 請求項1記載の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ことを特徴とする半導体
    装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002097341A (ja) * 2000-09-20 2002-04-02 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2014111704A (ja) * 2012-11-07 2014-06-19 Panasonic Corp 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置
KR101840839B1 (ko) 2017-06-30 2018-03-21 국도화학 주식회사 변성 에폭시 수지 및 그 제조 방법, 변성 에폭시 수지 조성물 및 그 제조 방법, 적층판 및 그 제조 방법
CN117603641A (zh) * 2024-01-19 2024-02-27 天津德高化成新材料股份有限公司 高温下对镍高粘接力环氧树脂组合物及其制备方法和应用

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