JPH03174745A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH03174745A
JPH03174745A JP23863890A JP23863890A JPH03174745A JP H03174745 A JPH03174745 A JP H03174745A JP 23863890 A JP23863890 A JP 23863890A JP 23863890 A JP23863890 A JP 23863890A JP H03174745 A JPH03174745 A JP H03174745A
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formula
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Kazumasa Igarashi
一雅 五十嵐
Norio Kawamoto
河本 紀雄
Haruo Tabata
田畑 晴夫
Toku Nagasawa
徳 長沢
Tsutomu Nishioka
務 西岡
Tatsushi Ito
達志 伊藤
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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〕 この発明は、耐熱衝撃信頼性および耐湿信頼性の双方に
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,LSI等の半導体素子は、外部環
境の保護の観点および素子のハンドリングを可能にする
観点から、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。この種のパッケージの代表例と
しては、デュアルインラインパッケージ(DIP)があ
る。このDIPは、ピン挿入型のものであり、実装基板
に対してピンを挿入することにより半導体装置を取り付
けるようになっている。
最近は、LSIチップ等の半導体装置の高集積化と高速
化が進んでおり、加えて電子装置を小形で高機能にする
要求から、実装の高密度化が進んでいる。このような観
点からDIPのようなピン挿入型のパッケージに代えて
、表面実装用パッケージが主流になってきている。この
種のパッケージを用いた半導体装置においては、平面的
にピンを取り出し、これを実装基板表面に直接半田等に
よって固定するようになっている。このような表面実装
型半導体装置は、平面的にピンが取り出せるようになっ
ており、薄い、軽い、小さいという利点を備えており、
したがって実装基板に対する占有面積が小さくてすむと
いう利点を備えている他、基板に対する両面実装も可能
であるという長所をも有している。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記のような表面実装用パッケージを用いた
半導体装置において表面実装前にパッケージ自体が吸湿
している場合には、半田実装時に水分の蒸気圧によって
、パッケージにクラックが生じるという問題がある。す
なわち、第1図に示すような表面実装型半導体装置にお
いて、水分は矢印Aのように封止樹脂1を通って、パッ
ケージ3内に侵入し、主としてSi−チップ7の表面や
グイボンドパッド4の裏面に滞溜する。そして、ペーパ
ーフェーズソルダリング等の半田表面実装を行う際に、
上記滞溜水分が、上記半田実装における加熱により気化
し、その蒸気圧により、第2図に示すように、グイボン
ドパッド4の裏面の樹脂部分を下方に押しやり、そこに
空隙5をつくると同時にパッケージ3にクラック6を生
じさせる。第1図および第2図において、8はボンディ
ングワイヤーである。
このような問題に対する解決策として、半導体素子をパ
ッケージで封止した後、得られる半導体装置全体を防湿
梱包し、表面実装の直前に開放して使用する方法や、表
面実装の直前に上記半導体装置を100°Cで24時間
乾燥させ、その後半田実装を行うという方法が提案され
、すでに実施されている。しかしながら、このような前
処理方法によれば、製造工程が長くなる上、手間がかか
るという問題がある。
一方、封止樹脂の低吸湿性を向上させるために、半導体
封止用エポキシ樹脂組成物として、例えば、下記の一般
式(IV)で表される骨格を有するエポキシ樹脂と、下
記の一般式(V)で表されるノボラック樹脂とを含有す
るエポキシ樹脂m酸物を用いたものが提案されている。
しかしながら、上記エポキシ樹脂組成物を用いて半導体
素子を封止すると、封止樹脂の吸湿率は低減するが、半
田実装後の耐湿信頼性が低下してしまう。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、電
子機器への実装に際して前処理を要することなく、しか
も半田実装時の加熱に耐えうる低応力性に優れた半導体
装置の提供をその目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、この発明の半導体装置は、
下記の(A)および(B)1分を含有しているエポキシ
樹脂組成物を用いて半導体素子を封止するという構成を
とる。
(A)下記の一般式(I)で表されるエポキシ樹脂。
(B)下記の一般式(II)で表されるシラン化合物と
、下記の一般式(I[[)で表されるフェノールアラル
キル樹脂とを予備反応させることにより得られる反応生
成物。
(XテH+l  S!廿Y)、−、・・・(II)〔作
用〕 パッケージクラックの発生を防止する方法としては、■
封止樹脂に対する吸湿を抑制する、■グイボンドパッド
の裏面および半導体素子の表面と、封止樹脂との間の接
着力を高める、■封止樹脂自体の強度を高めるという三
つの方法が考えられる。この発明は、上記■の方法にも
とづき、封止樹脂の吸水率を大幅に低減させ封止樹脂に
対する吸湿を抑制させるようにするとともに、上記■の
方法にもとづき半導体素子の表面と封止樹脂との間の接
着力を高めるようにすることによりパッケージ自体の耐
湿性の向上および封止樹脂の接着強度の向上を意図する
ものである。そのため、上記一般式(1)で表される特
殊なエポキシ樹脂と、上記一般式(If)のシラン化合
物と上記一般式(■)のフェノールアラルキル樹脂との
反応生成物を用いるものであり、それにより、半田実装
におけるような高温下(215〜260°C)での封止
樹脂の耐パッケージクラック性と耐湿信頼性の大幅な向
上を実現できる。
この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、前記一般式(
I)で表される特殊なエポキシ樹脂(A成分)と、前記
一般式(II)のシラン化合物および前記一般式(I[
I)のフェノールアラルキル樹脂との予備反応生成物(
B成分)とを用いて得られるものであって、通常、粉末
状もしくはそれを打錠したタブレット状になっている。
上記A成分の特殊なエポキシ樹脂は、ビフェニル型エポ
キシ樹脂で、下記の一般式(1)で表される。
0 このように、グリシジル基を有するフェニル環に低級ア
ルキル基を付加することにより撥水性を有するようにな
る。そして、上記特殊なエポキシ樹脂のみでエポキシ樹
脂成分を構成してもよいし、それ以外の、通常用いられ
るエポキシ樹脂と併用するようにしてもよい。前者の場
合には、A成分の全部が上記一般式(1)の特殊なエポ
キシ樹脂で構成され、後者の場合にはA成分の一部が上
記一般式(I)の特殊なエポキシ樹脂で構成されること
となる。上記通常用いられるエポキシ樹脂としては、タ
レゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ノボ
ラックビスA型やビスフェノールA型等の各種エポキシ
樹脂があげられる。上記ノボラック型エポキシ樹脂とし
ては、通常、エポキシ当量150〜250.軟化点50
〜130°Cのものが用いられ、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量180〜210
、軟化点60〜110°Cのものが一般に用いら1 れる。このように両者を併用する場合には、上記一般式
(1)で表されるエポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全体
の20重景%(以下「%」と略す)以上に設定するのが
好ましく、特に好ましくは50%以上である。
上記B成分である特殊な反応生成物は、下記の一般式(
II)で表される特定のシラン化合物と、下記の一般式
(I)で表される特定のフェノールアラルキル樹脂とを
予備反応させることにより得られる。
(X+;TV′Si寸Y)3−4・・・(II)すなわ
ち、上記特殊な反応生成物は、上記一般式(n)で表さ
れる特定のシラン化合物の有機基Xおよびアルコキシ基
Yが、一般式(III)で表される特定のフェノールア
ラルキル樹脂中の○H基と反応し、脱アルコールするこ
とにより得られる。
上記一般式(n)で表される特定のシラン化合物として
は、シランカップリング剤を用いることができ、具体的
には、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル
メチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−
3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプ
ロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエ
トキシシラン、N、N−ビス〔(メチルジメトキシシリ
ル)プロピル〕アミン、N、N−ビス〔3−(メチルジ
メトキシシリル)プロピル〕エチレンジアミン、N、N
−ビス(3−()リメトキシシリル)プロピル〕アミン
、N、N−ビス(3−(1−リメトキシシリル)プロピ
ル〕エチレンシアξン、3−(N、N−ジグリシジル)
アミノプロピルトリメトキシシラン、N−グリシジル−
N、N−ビ3 ス〔3−(メチルジメトキシシリル)プロピル〕アミン
、N−グリシジル−N、N−ビス〔3−(トリメトキシ
シリル)プロピル〕アミン、3−グリシドキシプロピル
メチルジメトキシシラン、3グリシドキシプロビルトリ
メトキシシラン、3−メルカプトトリメトキシシラン、
3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、N−((
3−)リメトキシシリル)プロピル〕ジエチレントリア
ミン、N−((3−トリメトキシシリル)プロピル〕 
トリエチレンテトラアミン、N−3−)ジメトキシシリ
ルプロピル−m−フェニレンジアミン等があげられる。
上記一般式(III)で表される特定のフェノールアラ
ルキル樹脂は、上記特殊なエポキシ樹脂の硬化剤として
作用するものであり、アラルキルエーテルとフェノール
とをフリーデルクラフッ触媒で反応させることにより得
られる。一般に、α、α′ジメトキシーp−キシレンと
フェノールモノマーの縮合重合化合物が知られている。
ここで、上記フェノールアラルキル樹脂は、フェノール
モノ4 マーを一方の重縮合モノマーとする場合、最終重合化合
物中に、反応残余として上記フェノールモノマーが残る
場合があり、通常、反応最終工程で減圧脱フエノール工
程を行い所定の軟化点に到達するまでフェノールモノマ
ーを留去して製造される。しかし、上記のような工程を
経てもフェノールモノマーが残存する場合がある。本発
明者らは、このようなフェノールモノマーが多量に残存
したフェノールアラルキル樹脂を含むエポキシ樹脂組成
物を用いて、半導体素子をトランスファー成形でモール
ドすると、場合によって、モールド金型から封止樹脂(
エポキシ樹脂組成物の硬化体)が離型し難くなるという
ことに遭遇した。本発明者らは、この経験から、フェノ
ールモノマーの残存量が金型の離型性に影響を及ぼすの
ではないかと着想し、これについて研究を重ねた。その
結果、フェノールアラルキル樹脂中に残存するフリーフ
ェノール(遊離フェノールモノマー)量と金型の離型性
とに相関性のあることを突き止めた。そして、さらに研
究を重ねた結果、フェノールアラ5 ルキル樹脂中に残存するフリーフェノール量を0゜5%
以下に設定すると、離型性が良好となることを見出した
。特に好適なのは0.2%以下である。
上記一般式(DI)で表される特定のフェノールアラル
キル樹脂としては、軟化点70〜110″C1水酸基当
量150〜220を有するものを用いるのが好ましい。
また、上記フェノールアラルキル樹脂は、それ自体で硬
化剤成分を構成してもよいし、それ以外の、通常用いら
れるフェノール樹脂と併用しても差し支えはない。前者
の場合には、硬化剤成分の全部が上記フェノールアラル
キル樹脂で構成され、後者の場合は硬化剤成分の一部が
上記フェノールアラルキル樹脂で構成されることとなる
。上記通常用いられるフェノール樹脂としては、フェノ
ールノボラック クレゾールノボラック等があげられる
。これらノボラック樹脂としては、軟化点が50〜11
0°C1水酸基当量が70〜150のものを用いること
が望ましい。上記フェノールアラルキル樹脂と、このよ
うな通常のフェノール樹脂とを併用する場合には、上記
フロ エノールアラルキル樹脂を硬化剤成分全体の50%以上
の割合に設定するのが好ましく、特に好ましくは70%
以上である。そして、上記フェノールアラルキル樹脂(
通常のフェノール樹脂を含む)の配合割合は、上記特殊
なエポキシ樹脂(A成分)中のエポキシ基1当量当たり
上記フェノールアラルキル樹脂中の水酸基が0.7〜1
.3当量となるように配合することが好適である。より
好適なのは0.9〜1.1当量である。
上記一般式(III)で表される特定のフェノールアラ
ルキル樹脂と、前記一般式(II)で表される特定のシ
ラン化合物とからなる反応生成物(B成分)は、例えば
つぎのようにして得られる。すなわち、上記特定のシラ
ン化合物および特定のフェノールアラルキル樹脂を撹拌
装置付きの反応容器に適宜配合し、120〜180°C
に、特に好ましくは130〜150°Cに昇温させ両者
を反応させて反応生成物を作製する。つぎに、この反応
で生成したアルコールを130〜180°Cの条件下で
脱気等により糸外に除去することにより得られる。
7 なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
A成分の特殊なエポキシ樹脂およびB成分の反応生成物
以外に、必要に応して無機質充填剤、硬化促進剤、難燃
剤、ワックス等が用いられる。
上記無機質充填剤としては、結晶性および溶融性フィラ
ーはもちろんのこと、酸化アルくニウム、酸化ベリリウ
ム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等があげられる。
上記硬化促進剤としては、アミン系、リン系。
ホウ素系、リン−ホウ素系等の硬化促進剤があげられ、
単独でもしくは併せて使用される。
上記難燃剤としては、ノボラック型ブロム化エポキシも
しくはビスA型エポキシ、三酸化アンチモンおよび五酸
化アンチモン等の化合物を適宜単独でもしくは併せて使
用することが行われる。
上記カップリング剤としては、グリシジルエーテルタイ
プ、アミンタイプ、チオシアンタイプ。
ウレアタイプ等のメトキシないしはエトキシシランが、
適宜に単独でもしくは併せて用いられる。
8 その使用方法としては、充填剤に対して、トライブレン
ドしたり、もしくは予備加熱反応させたり、さらには有
機成分原料に対して予備混合させたりする方法等があげ
られるが、特に限定するものではない。
上記ワックスとしては、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステ
ル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、単独
でもしくは併せて使用される。
なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記添加剤以外にシリコーンオイルおよびシリコーンゴ
ム、合成ゴム等のゴム成分を配合して低応力化を図った
り、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上を目的として
ハイドロタルサイト等で示されるイオントラップ剤を配
合してもよい。
この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、例えばつ
ぎのようにして製造することができる。
すなわち、まず、上記特定のシラン化合物と、特定のフ
ェノールアラルキル樹脂とを上記条件で予備反応させる
ことにより反応生成物(B成分)を作製する。つぎに、
この反応生成物と、上記A戒9 分の特殊なエポキシ樹脂とを適宜の割合で配合し予備混
合した後、実キシングロール機等の混線機にかけ加熱状
態で混練して溶融混合する。ついで、これを室温に冷却
した後、公知の手段によって粉砕し、必要に応して打錠
するという一連の工程により製造することができる。
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の
封止は、特に限定するものではなく、通常のトランスフ
ァー成形等の公知のモールド方法により行うことができ
る。
このようにして得られる半導体装置は、エポキシ樹脂組
成物中に含まれる前記一般式(1)で表される特殊なエ
ポキシ樹脂(へ成分)と、前記−般式(II)と一般式
CI[[)との予備反応生成物(B成分)の作用により
、封止樹脂自体の低吸湿化が実現されており、また半導
体素子と封止樹脂との接着強度も向上しているため、耐
熱衝撃性および耐湿信頼性の双方に優れ、半田実装に際
してもパッケージクラック等が生ずることがない。しか
も、フリーフェノール量を0.5%以下に調節する0 ことにより、トランスファー成形時において、モールド
金型から容易に、かつ確実に離型できるようになる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明の半導体装置は、上記のような
特殊なエポキシ樹脂および特殊な予備反応生成物とを含
有するエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を樹脂封
止して構成されているため、半導体素子と封止樹脂との
接着強度に優れ、半田実装におけるような過酷な条件下
においてもパッケージクラックが生ずることがなく、優
れた耐湿信頼性を備えている。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
まず、実施例に先立って下記の第1表に示す化合物を準
備した。
(以下余白) ■ 22 つぎに、上記第1表のフェノール樹脂C,Dおよびシラ
ン化合物E、F、Gを下記の第2表に示す割合で配合し
、撹拌装置付きの反応容器に投入して同表に示す反応条
件で予備反応させて、脱気(170°C)することによ
り反応生成物J〜0を作製した。なお、上記フェノール
樹脂C(フェノールアラルキル樹脂)に含有されるフリ
ーフェノール量は0.5%以下であった。
(以下余白) 3 4 〔実施例1〜7、比較例1〜4〕 上記反応生成物J〜○、エポキシ樹脂A、 Bおよびそ
の他の添加剤を用いて下記の第3表に示す割合で配合し
、ミキシングロール機にかけて100°Cで10分間混
練し、シート状組成物を得た。
ついで、得られたシート状組成物を粉砕し、目的とする
粉末のエポキシ樹脂組成物を得た。
(以下余白) 5 〔実施例8,9〕 前記第1表に示したフェノール樹脂C(フェノールアラ
ルキル樹脂)の代わりに、下記の第4表に示す含有フリ
ーフェノール量の異なるフェノールアラルキル樹脂を用
いた。それ以外は上記実施例1と同様にしてエポキシ樹
脂組放物を得た。
つぎに、実施例1〜9および比較例1〜4で得られた粉
末状のエポキシ樹脂組放物を用いて半導体素子をトラン
スファー成形でモールドすることにより半導体装置を得
た。この半導体装置は、80ピン四方向フラツトパツケ
ージ(QFP)(20mmX14mmX厚み2.5 m
m )で、7 +n+n X 7 mmのグイボンドプ
レー+−,6,5mmX6.5+nmのチップサイズを
有するものである。このようにして得られた半導体装置
について、260″Cの半田浸漬を行い7 パッケージクランクが発生するまでの85°C/85%
RH下での限界吸湿時間を測定した。また、上記エポキ
シ樹脂組放物を用いて、厚み3mmX直径50mmの円
板状の硬化物を作製(硬化条件:180°CX5時間)
し、この円板状の硬化物について85°C×85%RH
下で500時間吸湿させて飽和吸湿率を測定した。さら
に、硬化物の曲げ強度をJIS−に−69115,17
に準じて260°C下で測定した。ついで、半導体素子
と硬化物の接着力を測定した。これらの結果を後記の第
5表に示した。なお、上記接着力は、つぎのようにして
測定した。すなわち、第3図(A)および(B)に示す
ように、上面が直径a=11mmおよび下面が直径b=
9mmで、高さh=10mmの円錐台状硬化物10を作
製し、この円錐台状硬化物10の上面の中心に2 +n
m X 2 mm x厚み0.4柵の半導体素子11を
搭載した。そして、この円錐台状硬化物10と半導体素
子11との剪断接着力を測定した。また、得られたエポ
キシ樹脂組放物の硬化体の金型からの離型荷重を測定し
これを離型性とし8 て評価した。その結果を第5表に併せて示した。
なお、上記離型荷重はつぎのようにして測定した。すな
わち、まず第5図(A)に示すような上段12、中段1
3および下段14の三段からなる金型15を準備し、上
記金型15のモールド面をクリーニング樹脂で洗浄した
。その後、上記エポキシ樹脂組放物を、充填路(ランナ
ー)16を経由させて金型15内に充填しトランスファ
ー成形して第4図に示すような成形棒17(上面の直径
C=18mm、底面の直径d=20mm)を作製した。
ついで、第5図(B)に示すように、中段13を取り出
してこれを反転させ、第5図(C)に示すように、支持
フレーム19上に載置し、ブツシュゲージ18で矢印A
方向に成形棒17を押して、中段13から成形棒17を
離型させたく第5図(D)参照〉。このときの中段13
から成形棒17を離型させる際の荷重を測定した。図に
おいて、19は支持フレームである。
(以下余白) 9 30 第5表の結果から、比較例3品は飽和吸湿率は低く限界
吸湿時間は長いが、半導体素子接着力が低い。また、比
較例3品以外の比較測高は、接着力はある程度有してい
るが、飽和吸水率が高く限界吸湿時間も短い。これに対
して、実施測高は、高い接着力を有し、飽和吸水率も低
くかつ限界吸湿時間も長い。したがって、実施測高は耐
湿信頼性に優れ高温時の低応力性に優れていることがわ
かる。しかも、実施測高は離型荷重が低く、離型性に優
れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来の半導体装置のパッケージク
ラック発生状況を説明する縦断面図、第3図(A)は実
施例および比較例での半導体素子とエポキシ樹脂組成物
の硬化物との接着力の測定方法を説明する平面図、第3
図(B)はその正面図、第4図はエポキシ樹脂組成物硬
化体の斜視図、第5図(A)、(B)、(C)および(
D)は離型荷重の測定方法を説明する工程図である。 1 7 今 第 図 (A) 第 図 第 図 第 5 図(A) 第 図 第 図 (B) 第 図(C) 第 図(D)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記の(A)および(B)成分を含有しているエ
    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。 (A)下記の一般式( I )で表されるエポキシ樹脂。 ▲数式、化学式、表等があります▼…( I ) 〔上記式( I )において、R_1〜R_4は炭素数1
    〜4のアルキル基である。〕 (B)下記の一般式(II)で表されるシラン化合物と、
    下記の一般式(III)で表される フェノールアラルキル樹脂とを予備反応 させることにより得られる反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼…(II) 〔上記式(II)において、Xは末端がグリシジル基、ア
    ミノ基、メルカプト基なる群から選択された少なくとも
    一つの官能基を有する一価の有機基であり、Yは炭素数
    1〜4のアルコキシ基である。nは0、1または2であ
    る。〕 ▲数式、化学式、表等があります▼…(III) 〔上記式(III)において、mは0または正の整数であ
    る。〕
  2. (2)一般式(II)で表されるシラン化合物が、3−グ
    リシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプ
    ロピルトリメトキシシランおよび3−メルカプトトリメ
    トキシシランからなる群から選ばれた少なくとも一つの
    シラン化合物である請求項(1)記載の半導体装置。
  3. (3)一般式(III)で表されるフェノールアラルキル
    樹脂に含有されるフリーフェノール量が0.5重量%以
    下である請求項(1)または(2)記載の半導体装置。
  4. (4)下記の(A)および(B)成分を含有している半
    導体封止用エポキシ樹脂組成物。 (A)下記の一般式( I )で表されるエポキシ樹脂。 ▲数式、化学式、表等があります▼…( I ) 〔上記式( I )において、R_1〜R_4は炭素数1
    〜4のアルキル基である。〕 (B)下記の一般式(II)で表されるシラン化合物と、
    下記の一般式(III)で表される フェノールアラルキル樹脂とを予備反応 させることにより得られる反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼…(II) 〔上記式(II)において、Xは末端がグリシジル基、ア
    ミノ基、メルカプト基なる群から選択された少なくとも
    一つの官能基を有する一価の有機基であり、Yは炭素数
    1〜4のアルコキシ基である。nは0.1または2であ
    る。〕 ▲数式、化学式、表等があります▼…(III) 〔上記式(III)において、mは0または正の整数であ
    る。〕
  5. (5)一般式(III)で表されるフェノールアラルキル
    樹脂に含有されるフリーフェノール量が0.5重量%以
    下である請求項(4)記載の半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物。
JP2238638A 1989-09-29 1990-09-08 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0794534B2 (ja)

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