JPH06102749B2 - エポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及びその硬化物

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JPH06102749B2
JPH06102749B2 JP23500690A JP23500690A JPH06102749B2 JP H06102749 B2 JPH06102749 B2 JP H06102749B2 JP 23500690 A JP23500690 A JP 23500690A JP 23500690 A JP23500690 A JP 23500690A JP H06102749 B2 JPH06102749 B2 JP H06102749B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、各種樹脂組成物の成分、各種樹脂の改質剤な
どとして好適に用いられる耐熱衝撃性に優れたエポキシ
樹脂組成物及びその硬化物に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題 近年、半導体パッケージの薄型化に伴い種々の問題が発
生している。例えばフラットパッケージをプリント基板
に実装する際、パッケージが高温の半田槽に浸漬される
ため、従来の樹脂では熱衝撃によるパッケージにクラッ
クが入るという問題がある。
更に、最近ではプリント基板に実装する前にパッケージ
が吸湿していた場合、高温の半田槽に浸漬させると、パ
ッケージ中で水蒸気爆発が起こり、クラックが入る問題
も指摘されている。
しかし、この種の問題の対策としてフレームと樹脂の両
面から改良することが種々検討されているが、まだ完全
なものは見出されていない。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、耐熱衝撃性
に優れたエポキシ樹脂組成物及びその硬化物を提供する
ことを目的とする。
課題を解決するための手段及び作用 本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、下記式(1) (但し、式中Xは水素原子又はハロゲン原子であり、R
はアルキル基、l,mはそれぞれ0〜50の整数で、かつl
=0のときmは1〜50の整数、m=0のときlは1〜50
の整数である。) で示されるt−ブチル基含有エポキシ樹脂に、1分子中
にけい素原子に結合したビニル基を少なくとも2個含有
するオルガノポリシロキサンと、1分子中にけい素原子
に結合した水素原子を少なくとも2個有するオルガノハ
イドロジェンポリシロキサンと、白金系触媒とを主成分
とする硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物を
分散させたものをエポキシ樹脂としてエポキシ樹脂組成
物に添加することにより、その組成物が優れた耐熱衝撃
性を有する硬化物を与えることを見出し、本発明を完成
させたものである。
この場合、t−ブチル基を有するエポキシ樹脂は、オル
ガノポリシロキサンの硬化物を均一分散させる特徴があ
り、このオルガノポリシロキサン硬化物を分散させたt
−ブチル基含有エポキシ樹脂をエポキシ樹脂組成物に添
加すると、エポキシマトリックス中で均一分散した粒子
として存在し、衝撃緩和材として有効に働き、耐衝撃性
の良好なエポキシ樹脂組成物が得られるものである。
従って、本発明は、上記式(1)のエポキシ樹脂中に (a)1分子中にけい素原子に結合したビニル基を少な
くとも2個含有するオルガノポリシロキサンと、 (b)1分子中にけい素原子に結合した水素原子を少な
くとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサ
ンと、 (c)白金系触媒と を主成分として含有する硬化性オルガノポリシロキサン
組成物の硬化物を分散させてなるエポキシ樹脂を含有す
ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物及びその硬化物
を提供する。
以下、本発明につき更に詳述する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化
剤、無機質充填剤、硬化触媒等を配合してなり、エポキ
シ樹脂として後述する特定のオルガノポリシロキサンの
硬化物が分散したt−ブチル基含有エポキシ樹脂を配合
する。
ここで、本発明のエポキシ樹脂組成物に使用されるエポ
キシ樹脂は、下記式(1) で示され、式中Xは水素又はハロゲン原子であり、Rは
アルキル基、例えばメチル基,エチル基,n−プロピル
基,イソプロピル基,n−ブチル基,t−ブチル基,n−ヘキ
シル基,シクロヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル
基,l,mはそれぞれ0〜50の整数で、かつl=0のときm
は1〜50の整数、m=0のときlは1〜50の整数であ
る。
このような(1)式のt−ブチル基含有エポキシ樹脂と
して具体的には、下記式(2)〜(4)のエポキシ樹脂
を挙げることができる。
更に、これらエポキシ樹脂は軟化点が50〜100℃でエポ
キシ当量が100〜400を有するものが望ましい。
本発明では、上述した(1)式のt−ブチル基含有エポ
キシ樹脂に、(a)ビニル基含有オルガノポリシロキサ
ンと、(b)オルガノハイドロジェンポリシロキサン
と、(c)白金系触媒とを主成分として含有する硬化性
オルガノポリシロキサン組成物の硬化物を分散させる。
ここで、(a)成分のビニル基含有オルガノポリシロキ
サンは、1分子中にけい素原子に結合したビニル基を少
なくとも2個有するもので、このオルガノポリシロキサ
ンとしては、例えば(CH2=CH)SiO1.5単位、R1SiO1.5
単位、R1(CH2=CH)SiO単位、R1 2SiO単位、R1 2(CH2
CH)SiO0.5単位、R1 2SiO0.5単位からなり、R1がメチル
基,エチル基,プロピル基,ブチル基などのアルキル
基、フェニル基,トリル基などのアリール基、シクロヘ
キシル基などのシクロアルキル基、ベンジル基,β−フ
ェニルエチル基などのアラルキル基またはこれらの基の
炭素原子に結合した水素原子の一部まは全部をハロゲン
原子、シアノ基などで置換したクロロメチル基,2−シア
ノエチル基,3,3,3−トリフルオロプロピル基などから選
択されるビニル基などの脂肪族不飽和基を除く炭素数1
〜10、好ましくは炭素数1〜8の非置換または置換一価
炭化水素基であるものが例示される。
更にこのオルガノポリシロキサンは、その分子構造が直
鎖状、分子鎖状、環状のいずれであってもよい。また、
このオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端が
ジメチルビニルシリル基,ジビニルメチルシリル基,ト
リビニルシリル基,ビニルメチルフェニルシリル基等で
封鎖された直鎖状のものが好適であるが、このビニル基
は鎖中に含まれていてもよく、また、ビニル基量は0.1
モル%以上であることが好ましいが、このビニル基以外
の有機基は50モル%以上がメチル基であることが好まし
い。
このようなビニル基含有オルガノポリシロキサンとして
は、具体的に下記構造式のものが例示され、これらは単
独で使用しても、あるいは2種類以上の混合物であって
もよい。
なお、上記ビニル基含有オルガノポリシロキサンと共に
ビニル基含有化合物であるアリルグリシジエルエーテ
ル、スチレン、グリシジメメタクリレート等の単量体や
アルケニル基含有エポキシ樹脂の添加も可能であり、そ
の添加量は、ビニル基含有オルガノポリシロキサンのビ
ニル基に対して0〜50モル%のビニル基量に相当する量
とすることができる。
次に、(b)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキ
サンは、1分子中にけい素原子に結合した水素原子を少
なくとも2個以上含有するものである。このオルガノハ
イドロジェンポリシロキサンとしては、例えばHSiO1.5
単位、R2SiO1.5単位、R2HSiO単位、R2 2SiO単位、R2 2HSi
O0.5単位、R2 3SiO0.5単位等からなり、R2は前記したR1
と同じ群から選択されるものが例示される。
更に、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、
分子構造が直鎖状でも、分子鎖状、環状のいずれであっ
てもよく、また、けい素原子に結合した水素原子(≡Si
H結合)は一般的には分子鎖中に含まれたものが好まし
いが、分子鎖末端であってもよい。なお、この≡SiH結
合の量は通常3モル%以上であることが好ましいが、こ
の≡SiH結合以外の有機基はその50モル%以上がメチル
基であることが好ましい。
このようなオルガノハイドロジェンポリシロキサンとし
ては、下記式で示されるものが好適である。
また、(c)成分の白金系触媒は、上記した(a)成分
と(b)成分とを付加反応させるために使用されるもの
で、公知のものが使用でき、具体的には白金酸、シリカ
などに担持させた白金又は塩化白金酸、塩化白金酸のア
ルコール化合物、塩化白金酸とアルデヒド、各種オレフ
ィン、ビニルシロキサンとの錯塩などの白金化合物が例
示される。
この(a),(b),(c)各成分からなるオルガノポ
リシロキサン組成物は、これらの所定量を混合すること
によって得ることができる。この場合、この(a)成分
と(b)成分との配合比は、これらの分子量、更には硬
化後のエラストマーとして要求される物性によって広範
囲に変えることができるが、通常は(a)成分中のけい
素原子に結合したビニル基(≡SiCH=CH2)と(b)成
分中の≡SiH結合とのモル比が4:1〜1:4の範囲となるよ
うにすることが望ましい。また、(c)成分の添加量は
触媒量とすればよく、(a),(b)成分の合計量に対
し0.1〜1000ppm、特に1〜100ppmとすることが好まし
い。(c)成分の添加量が0.1ppm以下ではこの反応が充
分でなくなる場合があり、1000ppm以上では反応が速す
ぎるし、不経済となる場合がある。
本発明において、(1)式のエポキシ樹脂に上述した硬
化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物を分散させ
る方法としては、例えば(1)式のt−ブチル基含有エ
ポキシ樹脂を溶解後、まず上記した(a)成分のビニル
基含有オルガノポリシロキサンと(b)成分のオルガノ
ハイドロジェンポリシロキサンの所定量を添加してエポ
キシ樹脂中にオルガノポリシロキサンを均一に分散させ
た後、(c)成分である白金系触媒を添加し、この硬化
性オルガノポリシロキサンを硬化させることが好まし
く、この方法により、オルガノポリシロキサン組成物の
硬化物がエポキシマトリックス中で50ミクロン以下の粒
径で均一分散した粒子として存在する。
この場合、上記反応温度は80〜150℃、特に100〜120
℃、反応時間は0.5〜6時間、特に1〜2時間とするこ
とが好ましい。なお、この反応はトルエン等の溶剤中で
反応を行なうと、オルガノポリシロキサンの硬化物が分
離し、エポキシ樹脂に相溶しない場合があるので、この
反応系は無溶剤下が好ましい。
なお、上記硬化性オルガノポリシロキサンは、(1)式
のエポキシ樹脂100重量部に対し1〜50重量部、特に10
〜20重量部の範囲で配合することが好ましく、配合量が
1重量部未満では十分な耐衝撃性を得ることができない
場合があり、50重量部を越えると機械的強度が低下する
場合がある。
また、本発明では(1)式のエポキシ樹脂に加えて他の
エポキシ樹脂を使用することも可能であり、他のエポキ
シ樹脂としては、例えばビスフェノールA型エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、
グリシジル型エポキシ樹脂等が挙げられる。なお、難燃
化のためにブロム化エポキシ樹脂を使用することもでき
る。
更に、本発明においては、フェノール樹脂をエポキシ樹
脂の硬化剤として配合することが好ましく、フェノール
樹脂としては、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、トリフェノールメタンなどのフ
ェノール性水酸基を2個以上有するものが挙げられる。
更に、本発明では、前記フェノール樹脂の中でも軟化点
が60〜120℃、水酸基当量が90〜150のものが望ましい。
また、このフェノール樹脂の使用量はエポキシ樹脂のエ
ポキシ基とフェノール樹脂の水酸基の当量比が0.5から
2の範囲であることが好ましく、この範囲であれば如何
なる量でも良いが、通常エポキシ樹脂100重量部に対し3
0〜100重量部、好ましくは40〜70重量部である。使用量
が30重量部未満では十分な強度が得られない場合があ
り、一方100重量部を越えると未反応のフェノール樹脂
が残って耐湿性を低下させる場合がある。
更に、本発明のエポキシ樹脂組成物には、封止材の膨張
係数を小さくし、半導体素子に加わる応力を低下させる
ために無機質充填剤を配合することが好ましい。
ここで、無機質充填剤としては、例えば破砕状、球状の
形状を持った溶融シリカ、結晶性シリカ等が主に用いら
れるが、この他にアルミナ、チッ化ケイ素、チッ化アル
ミニウムなども使用可能である。なお、硬化物の低膨張
化と成形性を両立させるためには球状と破砕品のブレン
ド、あるいは球状品のみを用いた方がよい。
また、無機質充填剤の平均粒径としては5〜20ミクロン
であることが好ましい。
更に、無機質充填剤の充填量はエポキシ樹脂100重量部
に対して200〜1600重量部が好ましく、200重量部未満で
は膨張係数が大きくなって半導体素子に加わる応力が増
大し、素子特性の劣化を招く場合があり、また1600重量
部を越えると成形時の粘度が高くなって成形性が悪くな
る場合がある。
なおまた、この種の無機質充填剤はあらかじめシランカ
ップリング剤で表面処理した方がより好適である。
本発明の組成物には、硬化触媒として例えばイミダゾー
ルもしくはその誘導体、ホスフィン誘導体、シクロアミ
ジン誘導体等を配合することが好ましい。
この場合、硬化触媒の配合量は、エポキシ樹脂100重量
部に対し0.001〜5重量部、特に0.1〜2重量部とするこ
とが好ましく、配合量が0.001重量部未満では短時間で
硬化させることができない場合があり、5重量部を越え
ると硬化速度が早すぎて良好な成形品が得られない場合
がある。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、低応力化のため有機
樹脂とシリコーンポリマーとのブロックポリマーなどの
シリコーン系の可撓性付与剤を添加することができる。
通常この種の低応力化剤の使用量は、全系の0.5〜10
%、望ましくは1〜5%であり、使用量が0.5%未満で
は十分な耐衝撃性を与えない場合があり、10%を越える
と機械的強度が不十分となる場合がある。
本発明の組成物には、必要に応じてカルナバワックス、
高級脂肪酸、合成ワックス類などの離型剤、更にシラン
カップリング剤、酸化アンチモン、リン化合物などを配
合しても良い。
本発明の組成物は、上記した各成分を加熱ロールによる
溶融混練、ニーダーによる溶融混練、連続押し出し機に
よる溶融混練などで製造することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形材料、粉体塗装用
材料として好適に使用し得るほか、IC、LSI、トランジ
スター、サイリスタ、ダイオード等の半導体装置の封止
用、プリント回路板の製造などにも有効に使用できる。
発明の効果 本発明のエポキシ樹脂組成物は、耐熱衝撃性が高く、高
温での機械的強度及び耐熱水性に優れ、しかも低応力性
で加工性に優れた硬化物を与える。従って、本発明組成
物は、近年のエポキシ樹脂組成物の使用条件を十分満た
すもので、各種電気絶縁材料、構造材料、接着剤、粉体
塗装用材料、半導体封止用材料等として有効である。
次に、実施例、比較例を示すに先立ち、実施例、比較例
で用いた成分の合成例を示す。
〔合成例1〕 温度計、攪拌器、滴下ロート及び還流冷却器を付けた四
つ口フラスコにt−ブチル基含有エポキシ樹脂ESX221
(住友化学(株)製)100gを入れ、窒素雰囲気下で120
℃に加熱し溶解させた。溶解後、攪拌しながら、分子鎖
両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖されているジメ
チルシロキサン単位96モル%とメチルビニルシロキサン
単位4モル%からなる粘度が200csのメチルビニルポリ
シロキサン20g、分子鎖両末端がトリメチルシリル基で
封鎖されているメチルハイドロジェンシロキサン単位95
モル%とジメチルシロキサン単位5モル%からなる粘度
が28csのメチルハイドロジェンポリシロキサン1gを添加
した。なお、≡SiH/Si−CH=CH2のモル比は1.0であっ
た。
添加後、1時間攪拌しオルガノポリシロキサンを均一に
分散させた後、塩化白金酸を0.06g添加した。
塩化白金酸を添加し、120℃で2時間攪拌後、硬化した
オルガノポリシロキサンが均一に分散したエポキシ樹脂
(合成物A)120gを得た。この合成物Aはエポキシ当量
257、粘度730cs、硬化したオルガノポリシロキサンの平
均粒径は5μmであった。
〔合成例2〕 温度計、攪拌器、滴下ロート及び還流冷却器を付けた四
つ口フラスコにt−ブチル基含有エポキシ樹脂ESX221
(住友化学(株)製)100gを入れ、窒素雰囲気下で120
℃に加熱し溶解させた。溶解後、攪拌しながら、分子鎖
両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖されているジメ
チルシロキサン単位100モル%からなる粘度が600csのメ
チルビニルポリシロキサン20g、ジメチルハイドロジェ
ンシロキサン単位〔(CH3)2HSiO0.5〕60モル%とSiO2
位40モル%からなるメチルハイドロジェンポリシロキサ
ン1.0gを添加した。なお、≡SiH/Si−CH=CH2のモル比
は1.0であった。
添加後、1時間攪拌しオルガノポリシロキサンを均一に
分散させた後、塩化白金酸を0.06g添加した。
塩化白金酸を添加して120℃で2時間攪拌後、硬化した
オルガノポリシロキサンが均一に分散したエポキシ樹脂
(合成物B)118gを得た。この合成物Bはエポキシ当量
256、粘度1080cs、硬化したオルガノポリシロキサンの
平均粒径は8μmであった。
〔合成例3〕 温度計、攪拌器、滴下ロート及び還流冷却器を付けた四
つ口フラスコにt−ブチル基含有エポキシ樹脂ESX221
(住友化学(株)製)100gを入れ、窒素雰囲気下で120
℃に加熱し溶解させた。溶解後、攪拌しながら、分子鎖
両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖されているジメ
チルシロキサン単位100モル%からなる粘度が600csのメ
チルビニルシロキサン10g、アリルグリシジルエーテル5
g、ジメチルハイドロジェンシロキサン単位〔(CH3)2HSi
O0.5〕60モル%とSiO2単位40モル%からなるメチルハイ
ドロジェンポリシロキサン2.0gを添加した。
添加後、1時間攪拌しオルガノポリシロキサンを均一に
分散させた後、塩化白金酸を0.06g添加した。
塩化白金酸を添加して120℃で2時間攪拌後、硬化した
オルガノポリシロキサンが均一に分散したエポキシ樹脂
(合成物C)119gを得た。この合成物Cはエポキシ当量
226、粘度1051cs、硬化したオルガノポリシロキサンの
平均粒径は5μmであった。
〔合成例4〕 エポキシ樹脂としてエポキシ化オルソクレゾールノボラ
ック樹脂(EOCN1020(65),日本化薬(株)製)を用い
て合成例1と同様の方法で合成物Dを得た。この合成物
の硬化オルガノポリシロキサンは不均一分散であり、平
均粒径は200μmであった。
〔合成例5〕 エポキシ樹脂としてビスフェノール型エポキシ樹脂(RE
310S,日本化薬(株)製)を用いて合成例1と同様の方
法で合成物Eを得た。この合成物Eの硬化オルガノポリ
シロキサンは不均一分散であり、平均粒径は250μmで
あった。
〔合成例6〕 エポキシ樹脂としてエポキシ化トリフェノールメタン
(EPPN501H,日本化薬(株)製)を用いて合成例1と同
様の方法で合成物Fを得た。この合成物Fの硬化オルガ
ノポリシロキサンは不均一分散であり、平均粒径は350
μmであった。
〔合成例7〕 リフラックスコンデンサー、温度計、窒素導入管を備え
た1の四つ口フラスコにトルエン200mlと合成例2で
用いたオルガノポリシロキサン(メチルビニルシロキサ
ン100g、メチルハイドロジェンポリシロキサン5g、塩化
白金酸0.3g)を入れ、110℃で6時間反応させた。6時
間後、溶剤を除去することにより、硬化オルガノポリシ
ロキサンの固形物(合成物G)を得た。この固形物を粉
砕し、比較例5のエポキシ樹脂組成物に使用した。
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
なお、以下の例において部はいずれも重量部である。
〔実施例・比較例〕
第1表に示す成分の他にγ−グリシドキシプロビルトリ
メトキシシラン1.5部、カーボンブラック1.0部、トリフ
ェニルホスフィン8部を加え、得られた配合物を熱2本
ロールで溶融混合して、17種のエポキシ樹脂組成物(実
施例1〜11、比較例1〜6)を得た。
合成例1で使用したオルガノポリシロキサン(メチルビ
ニルシロキサン100g、メチルハイドロジェンポリシロキ
サン5g、塩化白金酸0.3g)の混合物(混合物A)をその
ままエポキシ樹脂として使用した。
これらのエポキシ樹脂組成物について、以下の(イ)〜
(ホ)の諸特性を測定した。
(イ)スパイラルフロー EMMI規格に準じた金型を使用して、175℃,70kg/cm2の条
件で測定した。
(ロ)機械的強度(曲げ強度、曲げ弾性率) JISK6911に準じて175℃,70kg/cm2,成形時間2分の条件
で10×100×4mmの抗折棒を成形し、180℃で4時間ポス
トキュアーしたもので測定した。
(ハ)ガラス転移温度、膨張係数 175℃,70kg/cm2,成形時間2分の条件で4×4×15mmの
試験片を成形し、180℃で4時間ポストキュアーしたも
のを用い、ディラトメーターにより毎分5℃で昇温させ
ることにより測定した。
(ニ)吸湿後の半田クラック性及び耐湿性 175℃,70kg/cm2,成形時間2分の条件でアルミニウム配
線腐食測定用の耐湿性試験半導体装置を厚さ2mmのフラ
ットパッケージに封止し、180℃で4時間ポストキュア
ーした。このパッケージを85℃/85%RHの雰囲気中で72
時間放置して吸湿処理を行なった後、これを260℃の半
田浴に10秒浸漬した。この時に発生するパッケージのク
ラック発生率を確認した後、良品のみを120℃の飽和水
蒸気雰囲気中に400時間放置し、不良発生率を調べた。
(ホ)接着性 42アロイ板に15mmφ、高さ5mmの円柱状に175℃、70kg/c
m2,成形時間2分の条件で成形し、180℃で4時間ポス
トキュアーした後、ブッシュブルゲージで成形物と42ア
ロイ板の剥離力を測定した。
第1表の結果より、t−ブチル基含有エポキシ樹脂の溶
融状態で硬化性オルガノポリシロキサンを反応させるこ
とにより得られる硬化オルガノポリシロキサンの均一分
散したt−ブチル基含有エポキシ樹脂組成物(実施例1
〜11)は、曲げ強度、吸湿後の半田クラック、接着性に
優れた効果のあることが確認された。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−227423(JP,A) 特開 平2−191659(JP,A) 特開 平2−182746(JP,A) 特開 平1−256514(JP,A) 特開 昭62−187721(JP,A) 特開 平2−212514(JP,A) 特開 平2−208314(JP,A) 特開 平2−208313(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記式(1) (但し、式中Xは水素原子又はハロゲン原子、Rはアル
    キル基、t-Buはt−ブチル基であり、l,mはそれぞれ0
    〜50の整数で、かつl=0のときmは1〜50の整数、m
    =0のときlは1〜50の整数である。) で示されるエポキシ樹脂中に、 (a)1分子中にけい素原子に結合したビニル基を少な
    くとも2個含有するオルガノポリシロキサンと、 (b)1分子中にけい素原子に結合した水素原子を少な
    くとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサ
    ンと、 (c)白金系触媒と を主成分として含有する硬化性オルガノポリシロキサン
    組成物の硬化物を分散させてなるエポキシ樹脂を含有す
    ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の組成物を硬化させてなる
    硬化物。
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