WO2010131657A1 - 液晶性ポリイミド、及びこれを含有する液晶性樹脂組成物、並びに半導体素子用樹脂膜 - Google Patents

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liquid crystal
polyimide
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上田 充
優 荘司
水谷 文一
友英 村瀬
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    • C08G2261/50Physical properties
    • C08G2261/53Physical properties liquid-crystalline

Definitions

  • the present invention relates to a resin film for a semiconductor element typified by an adhesive layer for two-dimensional and three-dimensional semiconductor elements, an interlayer insulating film (passivation film), a surface protective film (overcoat film), and an insulating film for a high-density mounting substrate. , And a liquid crystalline polyimide used therein and a liquid crystalline resin composition containing the same.
  • semiconductor devices tend to have higher power consumption due to higher performance due to miniaturization or three-dimensionalization of semiconductor devices.
  • heat is easily generated in the semiconductor element, and the importance of a technique for efficiently radiating the generated heat is increasing.
  • polyimide resins having excellent heat resistance and mechanical properties have been widely used as resin films for semiconductor elements such as surface protective films and interlayer insulating films in semiconductor elements (see, for example, Patent Document 1).
  • polyimide resins often do not have sufficient thermal conductivity, causing a problem that the pace of performance enhancement of semiconductor elements is decreasing.
  • the thermal conductivity can be dramatically increased by controlling the higher order structure of the epoxy resin (see, for example, Patent Document 2).
  • the epoxy resin has problems such as insufficient heat resistance to be used as a material for a resin film for a semiconductor element.
  • JP 2008-231255 A Japanese Patent No. 4118691 Japanese Patent Laid-Open No. 2-147631 Japanese Patent Laid-Open No. 5-331282 Japanese Patent Laid-Open No. 6-16810
  • any of the polyimide resins described in these documents has a high temperature at which liquid crystallinity is exhibited. Therefore, when the polyimide resin is used as a material for a resin film for a semiconductor element typified by an adhesive layer or an interlayer insulating film in which members having insufficient heat resistance are used, liquid crystallinity is exhibited. It is difficult to increase the temperature of the resin film for a semiconductor element up to a temperature, or when the temperature is increased to a temperature at which liquid crystallinity is exhibited, there is a possibility of affecting some members other than the resin film for the semiconductor element. There was a problem.
  • the present invention has been made in view of such problems, and a liquid crystalline polyimide capable of controlling a higher order structure by a relatively low temperature process, that is, exhibiting liquid crystallinity, and a liquid crystal containing the same. It aims at providing the resin film for semiconductor elements containing a conductive resin composition and this.
  • the gist of the present invention resides in a liquid crystalline polyimide containing at least a part of a repeating unit represented by the following formula (I) and exhibiting liquid crystallinity.
  • a 1 and A 2 are each independently a tetravalent residue of a tetracarboxylic acid unit
  • B 1 is a residue of a bis (amino) polysiloxane unit represented by the following formula (II)
  • R 1 to R 6 each independently represents a lower alkyl group
  • x is an integer of 0 to 10
  • D 1 represents an alkylene group
  • y is 0 or 1.
  • Z 1 is any of the groups represented by —H, —CH 3 , —CF 3 , —F, —CN, or —NO 2.
  • C 1 is an organic diamine residue.
  • each of A 1 and A 2 is independently a tetravalent benzene nucleus, a tetravalent naphthalene nucleus, a tetravalent perylene nucleus, a tetravalent cyclobutane nucleus, or a tetravalent cyclopentane. It is preferably either a nucleus, a tetravalent cyclohexane nucleus, or a tetravalent group represented by the following formula (III).
  • E 1 is any of the divalent groups shown below, and m is 0 or 1. In the following formula, n is 0 or 1.
  • R 1 to R 6 are preferably each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. In the formula (II), R 1 to R 6 are all More preferred is a methyl group.
  • the liquid crystalline polyimide preferably has a liquid crystal transition temperature of 260 ° C. or lower when the temperature is raised.
  • liquid crystalline polyimide includes bis (amino) polysiloxane represented by the following formula (i):
  • R 11 to R 16 each independently represent a lower alkyl group
  • x ′ represents an integer of 0 to 10
  • D 11 represents an alkylene group
  • y ′ is 0 or 1.
  • Z 11 is any one of groups represented by —H, —CH 3 , —CF 3 , —F, —CN, or —NO 2 ), an organic diamine, and the following formula (ii) With acid dianhydride (In the formula (ii), A 11 is a tetravalent benzene nucleus, a tetravalent naphthalene nucleus, a tetravalent perylene nucleus, a tetravalent cyclobutane nucleus, a tetravalent cyclopentane nucleus, a tetravalent cyclohexane nucleus, or the following formula: Any of the tetravalent groups represented by (iii). (In the formula (iii), E 11 is a divalent group represented by the following formula, and m ′ is 0 or 1. In the formula, n ′ is 0 or 1. It is preferably synthesized via a polyamic acid obtained from
  • Another gist of the present invention resides in a liquid crystalline resin composition containing liquid crystalline polyimide. Moreover, it is preferable that a liquid crystalline resin composition contains a heat conductive filler.
  • the liquid crystalline resin composition preferably exhibits liquid crystallinity when heated at a temperature of 260 ° C. or lower, and exhibits a liquid crystal structure even at 25 ° C. after cooling.
  • Still another subject matter of the present invention resides in a resin film for a semiconductor element characterized by containing a liquid crystalline resin composition.
  • Another gist of the present invention resides in a liquid crystalline polyimide having a thermal conductivity of 0.22 W / m ⁇ K or more when formed into a liquid crystal film.
  • the liquid crystalline polyimide preferably has a phase transition point of 260 ° C. or lower.
  • the gist of the present invention also lies in an interlayer insulating film for a three-dimensional semiconductor element, which includes liquid crystalline polyimide and has a thermal conductivity of 1.5 W / m ⁇ K or more after the liquid crystal is developed. Furthermore, the present invention also resides in a semiconductor element characterized by containing the interlayer insulating film for a three-dimensional semiconductor element.
  • the liquid crystalline polyimide of the present invention contains a specific repeating unit in at least a part of its structure, it can exhibit liquid crystallinity at a relatively low temperature. Further, it is assumed that the liquid crystallinity can provide excellent thermal conductivity. Therefore, when this liquid crystalline polyimide is used for, for example, a resin film for a semiconductor element, the liquid crystallinity can be expressed at a relatively low temperature without affecting other members in the semiconductor element. It can be expected that the film has excellent conductivity.
  • the liquid crystalline polyimide of the present invention contains a specific repeating unit described later at least in part and exhibits liquid crystallinity.
  • a differential scanning calorimeter hereinafter also referred to as “DSC”
  • a polarizing microscope hereinafter also referred to as “POM”
  • DSC differential scanning calorimeter
  • POM polarizing microscope
  • the DSC measurement if a baseline shift or endothermic / exothermic peak is observed on the DSC chart when the temperature of the sample is raised or lowered, or when the temperature is raised or lowered, these correspond to the glass transition point or phase transition point.
  • knowledge about the liquid crystal phase of the sample can be obtained.
  • various patterns, that is, optical structures are observed in POM observation, it becomes evidence that a liquid crystal phase is expressed, that is, the sample exhibits liquid crystallinity.
  • liquid crystalline polyimide of the present invention containing a specific repeating unit at least in part can exhibit liquid crystallinity at a relatively low temperature.
  • Liquid crystalline polymers are roughly classified into two types: molten (therotropic) liquid crystalline polymers and solution (lyotropic) liquid crystalline polymers.
  • the liquid crystalline polyimide according to the present invention is classified as a main chain type molten (therotropic) liquid crystalline polymer.
  • molten (therotropic) liquid crystalline polymer In order to realize a main chain type liquid crystalline polymer, it is necessary to alternately connect a rigid mesogen group and a flexible spacer group in the polymer.
  • the higher the flexibility of the spacer group the lower the liquid crystal transition temperature is expected with a shorter spacer length.
  • a spacer group As a spacer group, a methylene group or an oxymethylene group (repeated structure thereof) is often used, but a siloxane group is known to have higher flexibility than these methylene groups and oxymethylene groups. For this reason, polyimide with a polysiloxane group introduced into the main chain as a spacer group has a lower liquid crystal transition point (even if the molecular length is shorter) than when a methylene group or oxymethylene group (repeated structure thereof) is used. can do. In the main chain type liquid crystalline polymer, the balance between the orientation of the mesogenic group and the flexibility (flexibility) of the spacer group is very important.
  • the spacer group when the flexibility of the spacer group is too low (the molecular length of the spacer group is too short), the mesogenic group is difficult to move in the molecule, so that the mesogenic group is difficult to align and the liquid crystallinity may be difficult to express.
  • the spacer group is excessively flexible (the molecular length of the spacer group is too long), the orientation between the mesogenic groups is not exhibited, and the liquid crystallinity may be difficult to be exhibited.
  • the liquid crystalline polyimide of the present invention only needs to contain at least a part of the repeating unit represented by the following formula (I).
  • the repeating unit not corresponding to the following formula (I) is in the structure. May be included.
  • liquid crystalline polyimide of the present invention may contain only one type of repeating unit represented by the above formula (I), or two or more different types represented by the above formula (I). It may contain a repeating unit.
  • a 1 and A 2 are each independently a tetravalent residue of a tetracarboxylic acid unit.
  • the tetravalent residue of the tetracarboxylic acid unit refers to a tetravalent group bonded to four carbonyl groups in the tetracarboxylic acid unit of the formula (I).
  • a 1 and A 2 may be the same or different.
  • the groups represented by A 1 and A 2 preferably contain a ring structure, may be composed of only saturated bonds, and may have unsaturated bonds.
  • a tetravalent benzene nucleus a tetravalent naphthalene nucleus, a tetravalent perylene nucleus, a tetravalent cyclobutane nucleus, a tetravalent cyclopentane nucleus, a tetravalent cyclohexane nucleus, or the following formula (III) It is preferable that any of the tetravalent groups is selected.
  • substituents may have a substituent.
  • the substituent is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
  • Specific examples of the substituent include substituted or unsubstituted methyl groups such as —CH 3 and —CF 3 ; NO 2 group; halogen groups such as —F, —Cl, —Br and the like.
  • the number of substituents may be one, or may be two or more. When two or more substituents are present, these may be the same group or different groups.
  • n is 0 or 1.
  • the bonding position between the A 1 and the four carbonyl groups of the tetracarboxylic acid residue is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
  • B 1 in the above formula (I) is a residue of a bis (amino) polysiloxane unit represented by the following formula (II).
  • the “residue of a bis (amino) polysiloxane unit” in the present invention means a polysiloxane skeleton bonded to two nitrogen atoms via a linking group in the bis (amino) polysiloxane unit in the formula (I). And is represented by the following formula (II).
  • the linking group is a group represented by the following formula in the above formula (II).
  • x is usually 0 or more, preferably 1 or more. Moreover, it is 10 or less normally, Preferably it is 8 or less, More preferably, it is 6 or less. By setting it within the above range, both a good synthesis yield and a suitable liquid crystal transition temperature can be achieved.
  • R 1 to R 6 each independently represents a lower alkyl group, and R 1 to R 6 may be different from each other, or only partially different. Or all of them may be the same.
  • the lower alkyl group in the present invention refers to an alkyl group having 4 or less carbon atoms.
  • the lower alkyl group represented by R 1 to R 6 may be linear or branched.
  • the carbon number of R 1 to R 6 is usually 1 or more, and usually 4 or less, more preferably 3 or less. Particularly preferably, R 1 to R 6 are all methyl groups.
  • D 1 represents an alkylene group, and left and right D 1 in formula (II) are usually the same.
  • D 1 may be linear or branched.
  • carbon number is 1 or more normally, Preferably it is 2 or more, and is 10 or less normally, Preferably it is 8 or less, More preferably, it is 6 or less.
  • Specific examples of the alkylene group include an ethylene group, a butylene group, a hexylene group, and an octylene group. Among them, a butylene group, a hexylene group, and an octylene group are preferable, and a butylene group or hexylene is particularly preferable from the viewpoint of easy synthesis. Groups are preferred.
  • y is 0 or 1. When y is 0, it indicates that there is no group represented by —O—. In general, left and right y in the above formula (II) represent the same number.
  • Z 1 is any one of the groups represented by —H, —CH 3 , —CF 3 , —F, —CN, or —NO 2 , and usually the left and right Z 1 Denote the same groups. When Z 1 is —H, it indicates that the phenylene group is not substituted. The bonding position of Z 1 may be any position as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
  • C 1 in formula (I) is a residue of an organic diamine.
  • the residue of the organic diamine refers to an organic group excluding the amine portion of the organic diamine used in producing the liquid crystalline polyimide of the present invention.
  • the residue of the organic diamine represented by C 1 is a divalent residue represented by Z in the formula H 2 NZ—NH 2 .
  • Z include aromatic diamine residues and the like. Specific examples include a group represented by the above formula (II), a phenylene group, a diphenylene group, a naphthylene group, or a group represented by the following formula (IV).
  • residue represented by C 1 is a group represented by the formula (II)
  • B 1 and C 1 may be the same.
  • R 21 represents a linear or branched alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, —S—, —O—. Or —O—G′—O— (where G ′ is a phenylene group, or It is group shown by these.
  • G ′ is a phenylene group, or It is group shown by these.
  • m 3 represents 0 or 1
  • E 3 represents —S—, —O—.
  • it represents a linear or branched alkylene group having 1 to 8 carbon atoms.
  • the aryl nucleus can be substituted with a lower alkyl group, a lower alkoxy group, or another group that does not impair the purpose and effect of the present invention.
  • organic diamines include the following. m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylpropane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, Benzidine, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 1,5-diaminonaphthalene, 3,3′-dimethylbenzidine, 3,3′-dimethoxybenzidine, 2,4-bis ( ⁇ -amino-tert-butyl) toluene, Bis (p- ⁇ -amino-t-butyl) phenyl ether, Bis (p- ⁇ -methyl-o-aminopentyl) benzene, 1,3-diamino-4-isopropylbenzene, 1,2-bis (3-aminoprop
  • organic diamine in which R 21 is represented by —O—G′—O— include the following.
  • organic diamine imparts solubility to the liquid crystalline polyimide of the present invention produced using this.
  • the organic diamine can be used alone or in combination of two or more in any ratio and combination.
  • the manufacturing method of the said liquid crystalline polyimide is a method which can manufacture the above-mentioned liquid crystalline polyimide, there will be no restriction
  • R 11 to R 16 each independently represent a lower alkyl group
  • x ′ represents an integer of 0 to 10
  • D 11 represents an alkylene group
  • y ′ is 0 or 1.
  • Z 11 is any one of groups represented by —H, —CH 3 , —CF 3 , —F, —CN, or —NO 2 ), an organic diamine, and the following formula (ii) With acid dianhydride (In the formula (ii), A 11 is a tetravalent benzene nucleus, a tetravalent naphthalene nucleus, a tetravalent perylene nucleus, a tetravalent cyclobutane nucleus, a tetravalent cyclopentane nucleus, a tetravalent cyclohexane nucleus, or the following formula: Any of the tetravalent groups represented by (iii).
  • E 11 is a divalent group represented by the following formula, and m ′ is 0 or 1.
  • n ′ is 0 or 1. It is preferably synthesized via a polyamic acid synthesized by the above reaction. Thereby, the above-mentioned liquid crystalline polyimide can be easily obtained in a high yield.
  • the method of obtaining the liquid crystalline polyimide of this invention is not limited to this.
  • x ′ is usually 0 or more, preferably 1 or more. Moreover, it is 10 or less normally, Preferably it is 8 or less, More preferably, it is 6 or less. By setting it within the above range, both a good synthesis yield and a suitable liquid crystal transition temperature can be achieved.
  • R 11 to R 16 each independently represent a lower alkyl group, and R 11 to R 16 may be different from each other or may be partially different from each other. All may be the same.
  • the lower alkyl group referred to in the present invention is an alkyl group having 4 or less carbon atoms, as described above.
  • the lower alkyl group represented by R 11 to R 16 may be linear or branched.
  • the carbon number of R 11 to R 16 is usually 1 or more, and usually 4 or less, more preferably 3 or less. Particularly preferably, R 11 to R 16 are all methyl groups.
  • D 11 represents an alkylene group, and the left and right D 11 in formula (i) are usually the same.
  • D 11 may be linear or branched.
  • carbon number is 1 or more normally, Preferably it is 2 or more, and is 10 or less normally, Preferably it is 8 or less, More preferably, it is 6 or less.
  • Specific examples of the alkylene group include an ethylene group, a butylene group, a hexylene group, and an octylene group. Among them, a butylene group, a hexylene group, and an octylene group are preferable, and a butylene group or hexylene is particularly preferable from the viewpoint of easy synthesis. Groups are preferred.
  • y ′ is 0 or 1
  • right and left y ′ usually indicate the same number.
  • Z 11 is any one of the groups represented by —H, —CH 3 , —CF 3 , —F, —CN, or —NO 2 , and usually the left and right Z 11 Denote the same groups. Further, when Z 11 is —H, it indicates that the phenylene group is not substituted. The bonding position of Z 11 may be any position as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
  • the bis (amino) polysiloxane represented by the above formula (i) can be used alone or in combination of two or more in any ratio and combination.
  • the amount of the bis (amino) polysiloxane represented by the above formula (i) is the sum of the number of moles of the bis (amino) polysiloxane and the number of moles of organic diamine described below. Although it is used so that it may become equimolar normally with respect to the acid dianhydride shown by (ii), it is not limited to this.
  • Organic diamine used in the production of the liquid crystalline polyimide of the present invention is not particularly limited as long as the object of the present invention is not significantly impaired as long as it is an organic compound containing two amines in the structure.
  • organic diamine examples include the organic diamine described in the section about C 1 in the above formula (I).
  • bis (amino) polysiloxane can also be used as an organic diamine. These may be used alone or in combination of two or more in any ratio and combination.
  • the amount of the organic diamine used in the condensation reaction described later is, as described above, the sum of the number of moles of the bis (amino) polysiloxane and the number of moles of the organic diamine described below represented by the formula (ii). Although it is normally used so that it may become equimolar with respect to a dianhydride, it is not limited to this.
  • the organic diamine and the bis (amino) polysiloxane represented by the above formula (i) are such that the molar amount of the bis (amino) polysiloxane is the molar amount of the organic diamine.
  • it is 1 time or more, preferably 2 times or more, more preferably 4 times or more, and usually 10000 times or less, preferably 1000 times or less, more preferably 500 times or less.
  • a 11 is a tetravalent benzene nucleus, a tetravalent naphthalene nucleus, a tetravalent perylene nucleus, a tetravalent cyclobutane nucleus, a tetravalent cyclopentane nucleus, a tetravalent cyclohexane nucleus, or the following formula ( One of the tetravalent groups represented by iii).
  • E 11 is a divalent group represented by the following formula, and m ′ is 0 or 1. In the following formula, n ′ is 0 or 1.
  • the group represented by A 11 may have a substituent.
  • the substituent is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
  • Specific examples of the substituent include substituted or unsubstituted methyl groups such as —CH 3 and —CF 3 ; NO 2 group; halogen groups such as —F, —Cl, —Br and the like.
  • the number of substituents may be one and may be two or more. When two or more substituents are present, these may be the same group or different groups.
  • the above acid dianhydrides may be used alone or in combination of two or more.
  • the liquid crystalline polyimide of the present invention is synthesized via a polyamic acid obtained from a bis (amino) polysiloxane represented by the above formula (i), an organic diamine, and an acid dianhydride represented by the above formula (ii). It is preferred that
  • a polyamic acid is obtained by reacting a bis (amino) polysiloxane represented by the above formula (i), an organic diamine, and an acid dianhydride represented by the above formula (ii).
  • an organic diamine may be mixed and reacted.
  • bis (amino) polysiloxane may be mixed and reacted.
  • the acid dianhydride represented by the formula (ii), bis (amino) polysiloxane, and organic diamine may all be mixed and reacted.
  • an organic solvent, a catalyst, etc. can be used for this reaction as needed.
  • the reaction for obtaining the polyamic acid is usually carried out at 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher. Moreover, it is 300 degrees C or less normally, More preferably, it is 200 degrees C or less, More preferably, it is 100 degrees C or less, Especially it is 30 degrees C or less. Thereby, a yield can be improved and a side reaction can be suppressed.
  • the pressure during the reaction is not particularly limited, and is usually at least 0.1 atm, preferably at least 0.5 atm, more preferably at least 0.8 atm. Moreover, it is 200 atmospheres or less normally, Preferably it is 100 atmospheres or less, More preferably, it is 10 atmospheres or less. Particularly preferred is normal pressure.
  • the reaction time is usually 0.1 hour or longer, preferably 0.5 hour or longer, more preferably 1 hour or longer, and usually 48 hours or shorter, preferably 30 hours or shorter, more preferably 24 hours or shorter. It is. Thereby, reaction can be performed efficiently.
  • the organic solvent used in the above reaction is not particularly limited.
  • N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylformamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylmethoxy examples include acetamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, pyridine, dimethyl sulfone, hexamethylphosphoramide, tetramethylene sulfone, phenol, a phenol-water mixture, and dimethyltetramethylene sulfone.
  • These organic solvents can be used singly or in combination of two or more in any ratio and combination.
  • organic solvent and other inert solvents such as benzene, benzonitrile, dioxane, ⁇ -ethoxyethyl acetate, butyrolacetone, xylene, toluene, and cyclohexanone may be mixed and used.
  • the polyamic acid obtained by the above reaction is imidized by heating or imidized using an imidizing agent or the like, whereby the liquid crystalline polyimide of the present invention is obtained.
  • the imidization by heating is usually preferably performed at 100 ° C or higher, more preferably 150 ° C or higher, and further preferably 200 ° C or higher.
  • the temperature is usually 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or lower.
  • the conversion efficiency from a polyamic acid to a polyimide can be improved by setting it as more than a lower limit, and decomposition
  • the imidation by heating may be performed by changing the temperature stepwise and heating.
  • the imidization by heating may be performed under atmospheric pressure or in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere.
  • the heating method is not particularly limited, and for example, a hot plate, oven, heat block, hot press or the like can be used for heating.
  • the heating time is usually 0.5 hours or longer, preferably 1 hour or longer, more preferably 1.5 hours or longer, and usually 10 hours or shorter, preferably 8 hours or shorter, more preferably 6 hours or shorter.
  • an amine compound is usually used, and an acid anhydride may be used in combination for dehydration.
  • an acid anhydride may be used in combination for dehydration.
  • a mixture of pyridine and acetic anhydride is exemplified. These are usually used in an amount of 2 mol times or more, preferably 5 mol times or more, and usually 1000 mol times or less with respect to the polyamic acid.
  • the polyimide obtained by the above-mentioned method is usually obtained in a crystalline state and transitions to a liquid crystal phase when the temperature is raised, in the present invention, the polyimide is usually converted into a liquid crystal transition temperature (hereinafter referred to as “phase transition”). It is also referred to as “point”.)
  • the liquid crystalline polyimide is obtained by heating as described above.
  • the temperature for obtaining the liquid crystallinity is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher.
  • the liquid crystal transition temperature is measured by DSC.
  • the liquid crystalline polyimide of the present invention maintains the liquid crystal domain when the temperature is lowered to room temperature (usually 25 ° C.) after transition to the liquid crystal phase, that is, has a liquid crystal structure even at 25 ° C. after cooling. It is preferable.
  • room temperature usually 25 ° C.
  • a method of rapidly cooling and fixing the liquid crystal domain is effective.
  • the rapid cooling is preferably performed at a cooling rate of 3 ° C./min or more, more preferably 5 ° C./min, and further preferably 10 ° C./min or more.
  • the liquid crystalline polyimide including at least a specific repeating unit has been described.
  • the thermal conductivity when the liquid crystalline film is formed is 0.22 W / m ⁇ K. What is above can be obtained.
  • the thermal conductivity when it is set as a liquid crystal film means the thermal conductivity when liquid crystalline polyimide is brought into an isotropic phase by heating and liquid crystallinity is exhibited at a temperature lower than the temperature at which the isotropic phase is formed.
  • the thermal conductivity of a resin is generally very low compared to metals and ceramics. Since there is a limit to increasing the thermal conductivity of a resin, it is usually performed to increase the thermal conductivity of a resin material by combining a high thermal conductive inorganic filler and a resin. If the thermal conductivity of the resin is low, a large amount of inorganic filler must be added for high thermal conductivity, and the moldability tends to be reduced. Therefore, by improving the thermal conductivity of the resin, the volume fraction of the inorganic filler for achieving the same thermal conductivity can be reduced, leading to an improvement in the moldability of the composite material.
  • the thermal conductivity of the liquid crystalline polyimide is 0.22 W / m ⁇ K or more
  • the amount of the inorganic filler is changed to the liquid crystalline resin composition. This is desirable because it can be reduced to the extent that the formability of a film or the like formed by using is maintained.
  • the thermal conductivity is more preferably 0.24 or more, and further preferably 0.25 or more. Further, the thermal conductivity can be measured by the method described in Examples described later.
  • the thermal conductivity correlates with the degree of orientation of molecular chains in the liquid crystalline polyimide. Therefore, as a method for the liquid crystalline polyimide to achieve the above thermal conductivity, a method of increasing the region in which the molecules are oriented in the liquid crystalline polyimide or increasing the crystal region of the polymer chain can be mentioned. Specifically, it improves the fraction of mesogenic sites contained in the polymer chain of liquid crystalline polyimide, introduces substituents that improve the interaction between mesogenic sites, and induces crystallization and liquidation. For example, there is a method of creating a condition in which the mesogen site is easily oriented by introducing a nucleating agent or controlling a heat treatment condition in a crystallization / liquid crystal forming process.
  • the phase transition point (temperature of melting by heating (phase transition to isotropic phase)) is preferably 260 ° C. or less, more preferably 255 ° C. or less, and further preferably 250 ° C. or less. is there. Moreover, it is preferable that a phase transition point is 0 degreeC or more. The phase transition point is measured by DSC.
  • the molding temperature of the liquid crystalline polyimide of the present invention is in the vicinity of the phase transition point to the isotropic phase, and particularly when the molding is possible near the upper limit temperature (260 ° C. or less) of the lead-free solder reflow furnace, It is preferable from the viewpoint.
  • Examples of methods for setting the phase transition point of the liquid crystalline polyimide below the above value include, for example, controlling the balance between the mesogenic part and the bending part contained in the polymer chain of the liquid crystalline polyimide, or introducing a substituent into the structure constituting the polymer chain In addition, it may be controlled to weaken the interaction between the molecular chains.
  • liquid crystalline resin composition of the present invention contains the above-mentioned liquid crystalline polyimide, and contains the above liquid crystalline polyimide alone, or two or more in any ratio and combination. It may be a thing.
  • the liquid crystalline resin composition preferably contains 1% by weight or more of liquid crystalline polyimide, more preferably 10% by weight or more, and further preferably 20% by weight or more. Moreover, it is 100 weight% or less normally, Preferably it is 99.9 weight% or less, More preferably, it is 99.5 weight% or less. By setting it as the lower limit value or more, the liquid crystalline resin composition can exhibit liquid crystallinity at a relatively low temperature.
  • the liquid crystalline resin composition of the present invention is one in which liquid crystallinity is usually obtained by raising the temperature, but for conditions and methods such as temperature for obtaining this liquid crystallinity, about the above-mentioned liquid crystalline polyimide, This is the same as that relating to the expression of liquid crystallinity and the formation and maintenance of liquid crystal domains.
  • the liquid crystalline resin composition of the present invention may contain a resin other than the liquid crystalline polyimide resin described above.
  • the other resin is not particularly limited as long as it is a resin that is compatible with the above-described liquid crystalline polyimide and does not significantly impair the effects of the present invention.
  • Such resins include polyimide resins, epoxy resins, acrylic resins, polyurethane resins and the like other than those described above. These may be used alone or in combination of two or more in any ratio and combination.
  • resins are usually used in an amount of 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more based on the liquid crystalline polyimide. Moreover, it is 99 weight% or less normally, Preferably it is 95 weight% or less, More preferably, it is 90 weight% or less.
  • the upper limit value or less it is possible to compose a resin system having the characteristics of liquid crystalline polyimide, and by setting it to the lower limit value or more, it is possible to compose a resin system having characteristics of other resins.
  • the liquid crystalline resin composition of this invention contains the heat conductive filler.
  • the thermally conductive filler refers to a filler having a bulk thermal conductivity of 1 W / m ⁇ K or more. The thermal conductivity described in various handbooks can be used.
  • thermally conductive filler examples include boron nitride (BN), alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride, silica (SiO 2 ), and other fillers are also preferably used. .
  • liquid crystalline polyimide Even if the liquid crystalline polyimide is not relatively large in liquidity due to the mixing of the thermal conductive filler, a high thermal conductive path can be formed by the liquid crystalline domain of the liquid crystalline polyimide and the thermal conductive filler, so the overall thermal conductivity is increased. Can be achieved. Moreover, it becomes possible to make low the heat processing temperature for making liquid crystalline resin composition express liquid crystallinity by containing a heat conductive filler.
  • the content of the thermally conductive filler in the liquid crystalline resin composition is usually 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more with respect to the liquid crystalline polyimide. Moreover, it is 99 weight% or less normally, Preferably it is 95 weight% or less, More preferably, it is 90 weight% or less.
  • the liquid crystalline resin composition of the present invention may contain various additives as long as the object and effect of the present invention are not impaired.
  • the additive include a photosensitizer and a sensitizer.
  • a photosensitizer, a sensitizer, and the like for example, when the resin composition is used for applications such as a resin film for a semiconductor element, the film forming process can be simplified.
  • the liquid crystalline resin composition of the present invention exhibits liquid crystallinity at a relatively low temperature, and can have excellent thermal conductivity due to this liquid crystallinity. Therefore, for example, it can be used for applications such as a resin film for semiconductor elements, a heat conductive printed board, and a heat dissipation sheet, which will be described later. Moreover, since the said liquid crystalline resin composition can also be processed into various molded objects, a film, a fiber form, etc., it can be utilized for a wide variety of uses.
  • the resin film for semiconductor element of the present invention contains the above-mentioned liquid crystalline resin composition.
  • Applications of the resin film for semiconductor elements include, for example, adhesive layers for two-dimensional and three-dimensional semiconductor elements, interlayer insulating films (passivation films), surface protective films (overcoat films), and insulating films for high-density mounting substrates. It is done.
  • the above liquid crystalline resin composition is melted by heating, applied, and cured, or the above liquid crystalline resin composition is molded by heating and pressurizing. Is mentioned. Moreover, application
  • the preferred film thickness of such a resin film for a semiconductor element is usually 1 ⁇ m or more, preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more. Moreover, it is 50 micrometers or less normally, Preferably it is 30 micrometers or less, More preferably, it is 25 micrometers or less. By setting it to the above lower limit or more, it is assumed that a film having high thermal conductivity can be obtained. Moreover, the thickness of a semiconductor element can be effectively reduced by setting it as below an upper limit.
  • the interlayer insulating film for a three-dimensional semiconductor element preferably has a thermal conductivity of 1.5 W / m ⁇ K or more after the liquid crystal is developed.
  • the thermal conductivity is preferably 1.8 m ⁇ K or more, more preferably 2.2 m ⁇ K or more. Further, the thermal conductivity after the liquid crystal is expressed can be measured by the method described in Examples described later.
  • the thermal conductivity of the interlayer insulating film for a three-dimensional semiconductor element has a correlation with the interaction between the molecular chain orientation region in the liquid crystalline polyimide and the inorganic filler crystal region. Therefore, molecular design of the liquid crystalline polyimide polymer chain so as to have a strong interaction with the inorganic filler crystal surface, or surface treatment so that the inorganic filler surface can easily interact with the polymer chain, The interface interaction between the orientation region and the crystalline region of the inorganic filler can be increased, and the above value can be achieved.
  • Infrared (IR) spectrophotometer HORIBA, Ltd.
  • FT-720 1 H / 13 C NMR spectrum Bruker DPX300S ⁇ Polarizing microscope / hot stage: OLYMPUS BX51 / LINKAM LTS-350 (with temperature controller)
  • Thermal analysis TG-DTA: SII Nanotechnology EXSTAR TG / DTA 6300
  • Thermal analysis DSC: Perkin-Elmer DSC7 (air cooling)
  • the reaction solution was heated to reflux for 21 hours under nitrogen, and then toluene was removed under reduced pressure.
  • the obtained substance was purified by column chromatography, and 1,7-bis (4-nitrophenoxybutyl) -1,1,3,3,5,5,7, which is a pale yellow oily substance represented by the following formula: 7-octamethyltetrasiloxane (2b) (5 g, yield 75%) was obtained.
  • the measurement results of the obtained 1,7-bis (4-nitrophenoxybutyl) -1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane (2b) were as follows. It is.
  • the optical structure originating in a liquid crystal phase was observed from the polarizing-microscope observation of liquid crystalline polyimide (6h) at 240 degreeC.
  • the polarizing microscope observation photograph is shown in FIG. The magnification of the photograph is 400 times.
  • Example 2 ⁇ Synthesis of 1,3-bis (4-nitrophenoxybutyl) -1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (2a)>
  • 4- (3-butenyloxy) nitrobenzene (1) was reacted with 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane to give 1,3 represented by the following formula: -Bis (4-nitrophenoxybutyl) -1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (2a) (yellow oily liquid (yield 65%)) was obtained.
  • the measurement results of 1,3-bis (4-nitrophenoxybutyl) -1,1,3,3, -tetramethyldisiloxane (2a) are as follows.
  • T m 1 (crystal ⁇ liquid crystal phase transition): 253 ° C .
  • T m 2 liquid crystal phase ⁇ liquid crystal phase transition): 264 ° C .
  • T m 3 liquid crystal phase ⁇ isotropic phase transition): 335 ° C./T c 1: 325 ° C
  • Tc 2 236 ° C
  • Example 3 ⁇ Synthesis of liquid crystalline polyimide (6c)>
  • a polyamic acid was synthesized from (3c) and PMDA, cast on glass, and then thermally imidized, and then a turbid yellow liquid crystalline polyimide represented by the following formula ( A film of 6c) was obtained.
  • the obtained substance was purified by column chromatography using methylene chloride: hexane (4: 6 volume ratio), and 1,7-bis (4-nitrophenoxyhexyl)-, a light yellow oily substance represented by the following formula: 1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane (2d) (3.79 g, yield 97%) was obtained.
  • the results of measurement on the obtained (2d) are as follows.
  • IR measurement results IR (NaCl), ⁇ (cm ⁇ 1 ): 2935 (Alkyl C—H), 1643 (C ⁇ C), 1581 (Ar C—C), 1512, 1338 (—NO 2 )
  • the reaction solution was heated to reflux for 24 hours under nitrogen, and then toluene was removed under reduced pressure.
  • the obtained substance was purified by column chromatography using methylene chloride: hexane (4: 6 volume ratio), and 1,7-bis [4- (3-methyl-), a pale yellow oily substance represented by the following formula: 4-Nitrophenoxy) butyl] -1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane (2e) (3.05 g, yield 86%) was obtained.
  • the result of measuring the obtained (2e) is as follows.
  • the obtained substance was purified by column chromatography using methylene chloride: hexane (4: 6 volume ratio), and a pale yellow oily substance 1,3-bis [4- (4-nitrophenoxy) butyl represented by the following formula: ] -1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (2a) (0.312 g, yield 65%) was obtained.
  • Table 1 below shows the phase transition points of the polyimides obtained in Examples 1 to 6 and Reference Examples 1 to 4. a Indicates that the peak temperature was observed by DSC during the second cooling at a cooling rate of 10 ° C./min.
  • T cr-lc refers to the transition temperature from crystal phase to liquid crystal phase.
  • T lc-lc indicates a liquid crystal phase ⁇ liquid crystal phase transition temperature.
  • T lc-i indicates the transition temperature from the liquid crystal phase to the isotropic phase. Since the b transition temperature exceeds 330 ° C., a liquid crystal phase could not be observed with POM.
  • c Liquid crystal phase ⁇ liquid crystal phase transition temperature was not observed.
  • T i-cr The transition temperature T i-cr from the isotropic phase to the crystalline phase was 258 ° C. at the second temperature drop.
  • IR measurement results IR (NaCl), ⁇ (cm ⁇ 1 ): 2935 (Alkyl C—H), 1643 (C ⁇ C), 1581 (Ar C—C), 1512, 1338 (—NO 2 )
  • the reaction solution was heated to reflux for 24 hours under nitrogen, and then toluene was removed under reduced pressure.
  • the obtained substance was purified by column chromatography using methylene chloride: hexane (4: 6 volume ratio), and 1,7-bis [4- (2-fluoro-), a pale yellow oily substance represented by the following formula: 4-Nitrophenoxy) butyl] -1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane (2f) (2.46 g, yield 90%) was obtained.
  • the results of measuring the obtained (2f) are as follows.
  • the reaction solution was heated to reflux for 24 hours under nitrogen, and then toluene was removed under reduced pressure.
  • the obtained substance was purified by column chromatography using methylene chloride: hexane (4: 6 volume ratio), and 1,7-bis [4- (3-fluoro-), a pale yellow oily substance represented by the following formula: 4-Nitrophenoxy) butyl] -1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane (2 g) (1.66 g, yield 95%) was obtained.
  • the obtained (2 g) was measured and the results are as follows.
  • the reaction solution was heated to reflux for 24 hours under nitrogen, and then toluene was removed under reduced pressure.
  • the obtained substance was purified by column chromatography using methylene chloride: hexane (4: 6 volume ratio), and 1,7-bis [4- (2-chloro-), a pale yellow oily substance represented by the following formula: 4-Nitrophenoxy) butyl] -1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane (2h) (1.24 g, 87% yield) was obtained.
  • the results of measuring the obtained (2h) are as follows.
  • Example 10 ⁇ Synthesis of liquid crystalline polyimide (6n)> A polyimide (6n) film represented by the following formula was obtained in the same manner as in Example 7 except that PMDA used in Example 7 was changed to BPDA.
  • Example 11 ⁇ Synthesis of liquid crystalline polyimide (6o)> A liquid crystalline polyimide (6o) film represented by the following formula was obtained in the same manner as in Example 9 except that PMDA used in Example 9 was changed to BPDA.
  • phase transition points of the liquid crystalline polyimides obtained in Examples 7 to 11 are shown in Table 2 below.
  • Ar, R 1 and R 2 in Table 2 correspond to Ar, R 1 and R 2 in the following chemical formula.
  • the a transition temperature was determined from the peak top when the temperature was lowered by DSC at 10 ° C./min. “b” indicates that no liquid crystal phase-liquid crystal phase transition was observed.
  • T cr-lc refers to the transition temperature from crystal phase to liquid crystal phase.
  • T lc-lc indicates a liquid crystal phase ⁇ liquid crystal phase transition temperature.
  • T lc-i indicates the transition temperature from the liquid crystal phase to the isotropic phase.
  • the reaction solution was heated to reflux for 24 hours under nitrogen, and then toluene was removed under reduced pressure.
  • the obtained substance was purified by column chromatography using methylene chloride: hexane (4: 6 volume ratio), and 1,11-bis [4- (4-nitrophenoxy), a pale yellow oily substance represented by the following formula: ) Butyl] -1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-dodecamethylhexasiloxane (2A) (1.18 g, 96% yield).
  • the result of measuring the obtained (2A) is as follows.
  • the film was placed on a release glass slide, heated to 280 ° C. on a hot plate, and kept in an isotropic phase for 10 minutes. Thereafter, the temperature was lowered to 240 ° C., held for 30 minutes to develop a liquid crystal phase, and then allowed to cool to room temperature to obtain a liquid crystal film of polyimide (6h) on the release glass.
  • 6h liquid crystal film of polyimide
  • the film was sandwiched between two release-treated slide glasses, a pressure of about 1 MPa was applied with a hot press machine, the temperature was raised to 280 ° C. and held for 10 minutes. Thereafter, the temperature was lowered to 240 ° C., held for 30 minutes to develop a liquid crystal phase, and then allowed to cool to room temperature to obtain a liquid crystalline polyimide / AlN composite film between the release glasses.
  • the thermal conductivity of this composite film was evaluated, it was 2.9 W / m ⁇ K, which was markedly improved as compared with that before the liquid crystal treatment.
  • the temperature treatment was carried out at 280 ° C. for 10 minutes + 30 minutes and then allowed to cool (temperature treatment conditions that do not cause the liquid crystal phase to develop), the thermal conductivity was 2.0 W / m ⁇ K.
  • the expression of the thermal conductivity of the composite due to the liquid crystal was confirmed.
  • the liquid crystalline polyimide of the present invention exhibits liquid crystallinity at a relatively low temperature and is expected to exhibit high thermal conductivity, it is required to have high thermal conductivity such as a semiconductor element and has an influence on heat. It can be used for an element using a member that is susceptible to being damaged, and can be applied to various fields.

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Abstract

 比較的低温で液晶性を発現させることが可能な液晶性ポリイミド、及びこれを含有する液晶性樹脂組成物、さらにはこれを含有する半導体素子用樹脂膜を提供する。 下記式(I)によって示される繰り返し単位を少なくとも一部に含み、かつ液晶性を示すことを特徴とする液晶性ポリイミド。 (前記式(I)中、A及びAはそれぞれ独立に、テトラカルボン酸単位の4価残基であり、 Bは下記式(II)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサン単位の残基であり (前記式(II)中、R~Rは、それぞれ独立に、低級アルキル基を示し、xは0~ 10の整数であり、Dはアルキレン基を示し、yは0または1である。Zは、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかである。)Cは有機ジアミンの残基である。)

Description

液晶性ポリイミド、及びこれを含有する液晶性樹脂組成物、並びに半導体素子用樹脂膜
 本発明は、2次元及び3次元半導体素子の接着層、層間絶縁膜(パッシベーション膜)、表面保護膜(オーバーコート膜)、及び高密度実装基板用絶縁膜等に代表される半導体素子用樹脂膜、及びこれに用いられる液晶性ポリイミド及びこれを含有する液晶性樹脂組成物に関する。
 近年、半導体素子の微細化あるいは3次元化による高性能化に伴い、半導体素子が高消費電力化する傾向にある。これにより、半導体素子中に熱が発生しやすく、発生した熱を効率よく放熱する技術の重要性が高まりつつある。
 従来、半導体素子における表面保護膜や層間絶縁膜等の半導体素子用樹脂膜として、耐熱性や機械的特性等に優れたポリイミド系樹脂が広く使用されていた(例えば特許文献1参照)。しかしながら、このようなポリイミド系樹脂では、熱伝導性が十分でないことが多く、半導体素子の高性能化のペースが落ちつつあるという課題が生じている。
 また、エポキシ樹脂の高次構造を制御することにより、熱伝導性を飛躍的に高めることが可能になるとの報告がある(例えば特許文献2参照)。しかしながらエポキシ樹脂は、半導体素子用樹脂膜の材料として用いるには、耐熱性が十分でない等の課題があった。
 そこで、例えば液晶性を有するポリイミド系樹脂を、半導体素子用樹脂膜に用いることによって、半導体素子用樹脂膜の熱伝導性を高くすることが試みられている(例えば特許文献3~5参照)。
特開2008-231255号公報 特許4118691号 特開平2-147631号公報 特開平5-331282号公報 特開平6-16810号公報
 しかしながら、これらの文献に記載のポリイミド系樹脂は、いずれも液晶性を発現する温度が高い。したがって、耐熱性が十分でない部材が多く用いられている接着層や層間絶縁膜等に代表される半導体素子用樹脂膜の材料として、該ポリイミド系樹脂を用いた場合には、液晶性を発現させる温度まで半導体素子用樹脂膜を昇温させることが難しい、もしくは液晶性を発現させる温度まで昇温させると該半導体素子用樹脂膜以外の部材に何らかの影響を与える可能性がある等、適用が難しいという課題があった。
 本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、比較的低温のプロセスで高次構造を制御する、すなわち液晶性を発現させることが可能な液晶性ポリイミド、及びこれを含有する液晶性樹脂組成物、さらにはこれを含有する半導体素子用樹脂膜を提供することを目的とする。
 本願発明者らが鋭意研究を行なった結果、特定の構造を有するポリイミドが、比較的低温で液晶性が発現することを見出し、本願に至った。
 本発明の要旨は、下記式(I)によって示される繰り返し単位を少なくとも一部に含み、かつ液晶性を示すことを特徴とする液晶性ポリイミドに存する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(前記式(I)中、A及びAはそれぞれ独立に、テトラカルボン酸単位の4価残基であり、
は下記式(II)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサン単位の残基であり
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(前記式(II)中、R~Rは、それぞれ独立に、低級アルキル基を示し、xは0~10の整数であり、Dはアルキレン基を示し、yは0または1である。Zは、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかである。)
は有機ジアミンの残基である。)
 本発明においては、前記式(I)中、AまたはAがそれぞれ独立に4価のベンゼン核、4価のナフタレン核、4価のペリレン核、4価のシクロブタン核、4価のシクロペンタン核、4価のシクロヘキサン核、または下記式(III)で示される4価の基のいずれかであることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(式(III)中、Eは下記に示される二価基のいずれかであり、mは0または1である。また下記式において、nは0または1である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 また前記式(II)中、R~Rが、それぞれ独立に、炭素数1以上3以下のアルキル基であることが好ましく、前記式(II)中、R~Rが、いずれもメチル基であることがより好ましい。
 また上記液晶性ポリイミドは、昇温時の液晶転移温度が260℃以下であることが好ましい。
 また、上記液晶性ポリイミドは、下記式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンと
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式(i)中、R11~R16は、それぞれ独立に低級アルキル基を示し、x’は0~10の整数であり、D11はアルキレン基を示し、y’は0または1である。Z11は、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかである。)、有機ジアミンと、下記式(ii)で示される酸二無水物と
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式(ii)中、A11は4価のベンゼン核、4価のナフタレン核、4価のペリレン核、4価のシクロブタン核、4価のシクロペンタン核、4価のシクロヘキサン核、または下記式(iii)で示される4価の基のいずれかである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(式(iii)中、E11は以下の下記式で示される二価基であり、m’は0または1である。また、下記式においてn’は0または1である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
から得られるポリアミド酸を経由して、合成されたものであることが好ましい。
 また、本発明の別の要旨は、液晶性ポリイミドを含有することを特徴とする液晶性樹脂組成物に存する。
 また、液晶性樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含有することが好ましい。
 上記液晶性樹脂組成物は、260℃以下の温度で加熱することにより、液晶性が発現し、かつ冷却後は25℃においても液晶構造を示すものであることが好ましい。
 本発明のさらに別の要旨は、液晶性樹脂組成物を含むことを特徴とする半導体素子用樹脂膜に存する。
 本発明の別の要旨は、液晶化フィルムとしたときの熱伝導率が、0.22W/m・K以上であることを特徴とする、液晶性ポリイミドに存する。
 上記液晶性ポリイミドは相転移点が260℃以下であることが好ましい。
 また、本発明の要旨は、液晶性ポリイミドを含み、液晶発現後の熱伝導率が、1.5W/m・K以上であることを特徴とする、3次元半導体素子用層間絶縁膜にも存する。
 さらに、上記3次元半導体素子用層間絶縁膜を含有することを特徴とする、半導体素子にも存する。
 本発明の液晶性ポリイミドは、特定の繰り返し単位を、その構造中の少なくとも一部に含むことから、比較的低温で液晶性を発現可能である。またこの液晶性によって熱伝導性に優れたものとすることができると想定される。したがって、この液晶性ポリイミドを、例えば半導体素子用樹脂膜等に用いた場合には、半導体素子中の他の部材に影響を与えることなく、比較的低温で液晶性を発現させることができ、熱伝導性に優れた膜とすることが期待できる。
本発明の実施例で得られた液晶性ポリイミド(6h)の偏光顕微鏡により観察した際の観察写真である。 本発明の実施例で得られた液晶性ポリイミド(6f)の偏光顕微鏡により観察した際の観察写真である。 本発明の実施例で得られた液晶性ポリイミド(6c)の偏光顕微鏡により観察した際の観察写真である。 本発明の実施例で用いた化合物(3b)を核磁気共鳴分光法(NMR)により測定した際のチャートであり、(A)はH NMRの測定結果、(B)は13C NMRの測定結果である。
 以下に記載する例示物等は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を逸脱しない限り、これらの内容に特定はされない。
 A.液晶性ポリイミド
 本発明の液晶性ポリイミドは、後述する特定の繰り返し単位を少なくとも一部に含み、かつ液晶性を示すものである。ここで、液晶性の有無の判断には示差走査熱量計(以下、「DSC」ともいう。)や偏光顕微鏡(以下、「POM」ともいう。)観察を通常用いることができる。DSCによる測定において、試料の昇温時あるいは降温時、または昇降温時にDSCチャート上にベースラインシフトないし、吸熱・発熱ピークが認められれば、それらがガラス転移点や相転移点に対応することになり、試料の液晶相に関する知見が得られうる。またPOM観察において、さまざまな模様、すなわち光学組織が認められれば、液晶相が発現している、すなわち試料が液晶性を示す証拠となる。
 特定の繰り返し単位を少なくとも一部に含む、本発明の液晶性ポリイミドが、比較的低温で液晶性を発現可能である理由としては、下記が挙げられる。
 液晶性高分子は大別して溶融(サーモトロピック)液晶性ポリマーと溶液(リオトロピック)液晶性ポリマーの2種類がある。本発明に係る液晶性ポリイミドは、主鎖型の溶融(サーモトロピック)液晶性ポリマーに分類される。ここで、主鎖型液晶性ポリマーを実現させるためには、ポリマー中に剛直なメソゲン基と、屈曲性を有するスペーサー基を交互に連結させることが必要である。ここで、スペーサー基の屈曲性が高いほど、短いスペーサー長で、より低い液晶転移温度が期待される。スペーサー基としてはメチレン基やオキシメチレン基(の繰り返し構造)が用いられることが多いが、シロキサン基はこれらメチレン基やオキシメチレン基よりも、より屈曲性が高いことが知られている。このため、スペーサー基として主鎖にポリシロキサン基を導入したポリイミドはメチレン基やオキシメチレン基(の繰り返し構造)を使った場合に比べて(分子長が短くても)液晶転移点を低いものとすることができる。
 また、上記主鎖型液晶性ポリマーにおいては、メソゲン基の配向性とスペーサー基の屈曲性(柔軟性)とのバランスが非常に重要である。例えば、スペーサー基の屈曲性が低すぎる(スペーサー基の分子長が短すぎる)場合には、メソゲン基が分子内で動き難いことからメソゲン基が配向し難く、液晶性が発現し難いことがある。また例えばスペーサー基の屈曲性が過剰である(スペーサー基の分子長が長すぎる)場合には、メソゲン基どうしの配向性が発揮されず、液晶性が発現し難いことがある。
 <構造>
 本発明の液晶性ポリイミドは、下記式(I)で示される繰り返し単位を少なくとも一部に含んでいるものであればよく、該繰り返し単位以外に下記式(I)に相当しない繰り返し単位を構造中に含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 また、本発明の液晶性ポリイミド中には、上記式(I)で示される繰り返し単位を1種のみ含んでいるものであってもよく、また2種以上の異なる、上記式(I)で示される繰り返し単位を含んでいてもよい。
 (式(I)におけるA及びAについて)
 上記式(I)において、A及びAは、それぞれ独立にテトラカルボン酸単位の4価残基である。テトラカルボン酸単位の4価残基とは、式(I)のテトラカルボン酸単位において、4つのカルボニル基と結合している4価の基をいう。A及びAは、同じであってもよく、また異なるものであってもよい。
 A及びAで示される基は、環構造を含むものであることが好ましく、飽和結合のみからなるものでもよく、不飽和結合を有していてもよい。
 具体的には、4価のベンゼン核、4価のナフタレン核、4価のペリレン核、4価のシクロブタン核、4価のシクロペンタン核、4価のシクロヘキサン核、または下記式(III)で示される4価の基のいずれかであることが好ましい。
 なお、これらは置換基を有していてもよい。置換基としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、該置換基の具体例としては、-CH及び-CF等の置換または無置換のメチル基;-CN基;-NO基;-F、-Cl、-Br等のハロゲン基等が挙げられる。なお、A及びAで示される基が置換基を有する場合、置換基の数は1つであってもよく、また2つ以上であってもよい。また置換基が2つ以上存在する場合には、これらは同一の基であってもよく、また異なる基であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 上記式(III)中、mは0または1である。
 また上記式(III)中、Eは二価の連結基を示し、該連結基は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、特に、下記に示される二価基のいずれかであることが好ましい。下記式において、nは0または1である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 上記の中でもより好ましいものとしては、分子の剛直性と入手の容易さから、下記のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 また、上記Aとテトラカルボン酸残基の4つのカルボニル基との結合位置は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。
 (式(I)におけるBについて)
 上記式(I)におけるBは、下記式(II)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサン単位の残基である。本発明でいう「ビス(アミノ)ポリシロキサン単位の残基」とは、式(I)におけるビス(アミノ)ポリシロキサン単位において、連結基を介して2つの窒素原子と結合しているポリシロキサン骨格を有する基をいい、下記の式(II)で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 なお、連結基とは、上記式(II)における下記の式で示される基
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
をいう。
 上記式(II)中、xは通常0以上であり、好ましくは1以上である。また通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。上記範囲内とすることにより、良好な合成収率と好適な液晶転移温度を両立することができる。
 また式(II)中、R~Rは、それぞれ独立に、低級アルキル基を示し、R~Rは、それぞれ異なるものであってもよく、また一部のみが異なるものであってもよく、また全て同一のものであってもよい。ここで、本発明でいう低級アルキル基とは、炭素数が4以下のアルキル基をいうこととする。上記R~Rで示される低級アルキル基は、直鎖状であってもよく、また分岐鎖状であってもよい。
 上記の中でも特に、R~Rの炭素数は、通常1以上であり、また通常4以下、より好ましくは3以下である。特に好ましくは、R~Rが、いずれもメチル基である場合である。
 また、式(II)中、Dはアルキレン基を示し、式(II)における左右のDは、通常同じものである。Dは直鎖状であってもよく、また分岐鎖状であってもよい。また炭素数は通常1以上、好ましくは2以上であり、通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。
 上記アルキレン基として具体的には、エチレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等が好ましく、中でもブチレン基、ヘキシレン基、またはオクチレン基が好ましく、特に合成の容易性の面からブチレン基、またはヘキシレン基が好ましい。
 上記式(II)中、yは0または1である。yが0の場合には、-O-で示される基がないことを示す。なお、通常、上記式(II)における左右のyは、同じ数を示す。
 また、上記式(II)中、Zは、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかであり、通常、左右のZは、同じ基を示す。また、Zが-Hである場合には、フェニレン基が置換されていないことを示す。
 Zの結合位置は、本発明の効果を著しく損なわない限り、いずれの位置であってもよい。
 (上記式(I)におけるCについて)
 式(I)におけるCは、有機ジアミンの残基である。有機ジアミンの残基とは、本発明の液晶性ポリイミドを製造する際に用いられる有機ジアミンのアミン部分を除いた有機基をいう。
 Cで示される有機ジアミンの残基は、式 HN-Z-NHのZで示される2価の残基である。Zの好ましい例としては、芳香族ジアミンの残基等が挙げられる。具体例としては、上述の式(II)で示される基、フェニレン基、ジフェニレン基、ナフチレン基、または下記式(IV)で示される基が挙げられる。なお、Cで示される残基が式(II)で示される基である場合には、B及びCが同一であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(上記式(IV)中、R21は、炭素数が1以上20以下の直鎖または分岐鎖状のアルキレン基、-S-、-O-
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
または-O-G’-O-(ここで、G’はフェニレン基、または
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
で示される基である。式中、mは、0または1を示し、Eは、-S-、-O-
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
または炭素数1以上、8以下の直鎖または分岐鎖状のアルキレン基を示す。)のいずれかである。)
 上記アリール核は、低級アルキル基、低級アルコキシ基、若しくは本発明の目的及び効果を損なわない他の基で置換可能である。
 有機ジアミンの好ましい例としては、下記のものを挙げることができる。
 m-フェニレンジアミン、
 p-フェニレンジアミン、
 4,4’-ジアミノジフェニルプロパン、
 4,4’-ジアミノジフェニルメタン、
 ベンジジン、
 4,4’-ジアミノジフェニルサルファイド、
 4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、
 4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、
 1,5-ジアミノナフタレン、
 3,3’-ジメチルベンジジン、
 3,3’-ジメトキシベンジジン、
 2,4-ビス(β―アミノ-t-ブチル)トルエン、
 ビス(p-β-アミノ-t-ブチル)フェニルエーテル、
 ビス(p-β-メチル-o-アミノペンチル)ベンゼン、
 1,3-ジアミノ-4-イソプロピルベンゼン、
 1,2-ビス(3-アミノプロポキシ)エタン、
 m-キシレンジアミン、
 p-キシレンジアミン、
 ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、
 デカメチレンジアミン、
 3-メチルヘプタメチレンジアミン、
 4,4’-ジメチルヘプタメチレンジアミン、
 2,11-ドデカンジアミン、
 2,2-ジメチルプロピレンジアミン、
 オクタメチレンジアミン、
 3-メトキシヘキサメチレンジアミン、
 2,5-ジメチルヘキサメチレンジアミン、
 2,5-ジメチルヘプタメチレンジアミン、
 3-メチルヘプタメチレンジアミン、
 5-メチルノナメチレンジアミン、
 1,4-シクロヘキサンジアミン、
 1,12-オクタデカンジアミン、
 ビス(3-アミノプロピル)サルファイド、
 N-メチル-ビス(3-アミノプロピル)アミン、
 ヘキサメチレンジアミン、
 ヘプタメチレンジアミン、
 ノナメチレンジアミン等が挙げられる。
 また、上記R21が、-O-G’-O-で示される有機ジアミンの具体例としては、下記のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 また、上記式中のエーテル結合を、-S-、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
により置換したもの等も挙げられる。
 上述の有機ジアミンは、これを用いて製造した本発明の液晶性ポリイミドに溶解性を付与する。本発明の液晶性ポリイミドの製造の際、上記有機ジアミンは、1種単独で、または2種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。
 <製造方法>
 上記液晶性ポリイミドの製造方法は、上述の液晶性ポリイミドを製造可能な方法であれば、本発明の目的を著しく損なわない限り、公知の方法を含め、特に制限はない。
 本発明においては特に、下記式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンと
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
(式(i)中、R11~R16は、それぞれ独立に低級アルキル基を示し、x’は0~10の整数であり、D11はアルキレン基を示し、y’は0または1である。Z11は、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかである。)、有機ジアミンと、下記式(ii)で示される酸二無水物と
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(式(ii)中、A11は4価のベンゼン核、4価のナフタレン核、4価のペリレン核、4価のシクロブタン核、4価のシクロペンタン核、4価のシクロヘキサン核、または下記式(iii)で示される4価の基のいずれかである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
(式(iii)中、E11は以下の下記式で示される二価基であり、m’は0または1である。また、下記式においてn’は0または1である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
の反応により合成されるポリアミド酸を経由して、合成されたものであることが好ましい。これにより、上述の液晶性ポリイミドを高収率、かつ容易に得ることができる。
 以下、この方法について説明するが、本発明の液晶性ポリイミドを得る方法は、これに限定されるものではない。
 (式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサン)
 本発明の液晶性ポリイミドの製造に用いられるビス(アミノ)ポリシロキサンとしては、下記の式(i)で示されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 式(i)中、x’は通常0以上であり、好ましくは1以上である。また通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。上記範囲内とすることにより、良好な合成収率と好適な液晶転移温度を両立することができる。
 上記式(i)中、R11~R16は、それぞれ独立に低級アルキル基を示し、R11~R16は、それぞれ異なるものであってもよく、また一部が異なるものであってもよく、また全て同一のものであってもよい。ここで、本発明でいう低級アルキル基とは、上述したように、炭素数が4以下のアルキル基である。R11~R16で示される低級アルキル基は、直鎖状であってもよく、また分岐鎖状であってもよい。
 上記の中でも特に、R11~R16の炭素数は、通常1以上であり、また通常4以下、より好ましくは3以下である。特に好ましくは、R11~R16が、いずれもメチル基の場合である。
 また、D11はアルキレン基を示し、式(i)における左右のD11は、通常同じものである。D11は直鎖状であってもよく、また分岐鎖状であってもよい。また炭素数は通常1以上、好ましくは2以上であり、通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。上記アルキレン基として具体的には、エチレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等が好ましく、中でもブチレン基、ヘキシレン基、またはオクチレン基が好ましく、特に合成の容易性の面からブチレン基、またはヘキシレン基が好ましい。
 上記式(i)中、y’は0または1であり、左右のy’は、通常同じ数を示す。
 また、上記式(i)中、Z11は、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかであり、通常、左右のZ11は、同じ基を示す。また、Z11が-Hである場合には、フェニレン基が置換されていないことを示す。
 Z11の結合位置は、本発明の効果を著しく損なわない限り、いずれの位置であってもよい。
 なお、上記式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンは、1種単独で、または2種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。
 後述する縮合反応において、上記式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンの使用量としては、上記ビス(アミノ)ポリシロキサンのモル数と後述の有機ジアミンのモル数との合計が、式(ii)で示される酸二無水物に対して、通常等モルとなるように用いられるが、これに限定されるものではない。
 (有機ジアミン)
 本発明の液晶性ポリイミドの製造に用いられる有機ジアミンとしては、構造中にアミンを2つ含む有機化合物であれば、本発明の目的を著しく損なわない限り特に制限はない。このような有機ジアミンとしては、上記式(I)におけるCについての項で説明した、有機ジアミンが挙げられる。また、上述のビス(アミノ)ポリシロキサンを有機ジアミンとして用いることもできる。これらは1種単独、または2種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。
 後述する縮合反応時における有機ジアミンの使用量としては、上述したように、上記ビス(アミノ)ポリシロキサンのモル数と後述の有機ジアミンのモル数との合計が、式(ii)で示される酸二無水物に対して、通常等モルとなるように用いられるが、これに限定されるものではない。
 また、有機ジアミン及び上述の式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンとして異なるものを用いる場合、これらの比率は、上記ビス(アミノ)ポリシロキサンのモル量が、有機ジアミンのモル量の、通常1倍以上、好ましくは2倍以上、より好ましくは4倍以上であり、また通常10000倍以下、好ましくは1000倍以下、より好ましくは500倍以下である。上限値以下とすることにより、ポリマー物性をコントロールすることが可能となり、下限値以上とすることにより好ましいポリマー物性と相転移点の低下を両立することができる。
 (式(ii)で示される酸二無水物)
 本発明の液晶性ポリイミドの製造に用いられる酸二無水物としては、下記の式(ii)で示されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
 式(ii)中、A11は4価のベンゼン核、4価のナフタレン核、4価のペリレン核、4価のシクロブタン核、4価のシクロペンタン核、4価のシクロヘキサン核、または下記式(iii)で示される4価の基のいずれかである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 式(iii)中、E11は以下の下記式で示される二価基であり、m’は0または1である。また、下記式においてn’は0または1である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
 上記の中でもより好ましいものとしては、分子の剛直性と入手の容易さから、下記のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
 なお、A11で示される基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、該置換基の具体例としては、-CH及び-CF等の置換または無置換のメチル基;-CN基;-NO基;-F、-Cl、-Br等のハロゲン基等が挙げられる。なお、これらが置換基を有する場合、置換基の数は1つであってもよく、また2つ以上であってもよい。また置換基が2つ以上存在する場合には、これらは同一の基であってもよく、また異なる基であってもよい。
 上記酸二無水物は1種単独で、また2種以上を混合して用いることができる。
 (縮合反応)
 本発明の液晶性ポリイミドは、上記式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンと、有機ジアミンと、上記式(ii)で示される酸二無水物から得られるポリアミド酸を経由して合成されたものであることが好ましい。
 具体的には、上記式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンと、有機ジアミンと、上記式(ii)で示される酸二無水物とを反応させることにより、ポリアミド酸を得る。該ポリアミド酸を得る際、例えば上記式(ii)で示される酸二無水物と、ビス(アミノ)ポリシロキサンとを反応させた後に、有機ジアミンを混合して反応させてもよく、また式(ii)で示される酸二無水物と有機ジアミンとを反応させた後に、ビス(アミノ)ポリシロキサンを混合して反応させてもよい。またさらに式(ii)で示される酸二無水物と、ビス(アミノ)ポリシロキサンと、有機ジアミンとを全て混合して反応させてもよい。なお、該反応には、必要に応じて有機溶媒や触媒等を用いることができる。
 上記ポリアミド酸を得る反応は、通常0℃以上で行なわれ、好ましくは10℃以上、より好ましくは20℃以上である。また通常300℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは100℃以下であり、特に30℃以下である。これにより、収率を向上させ、副反応を抑制させることができる。
 また、上記反応時の圧力は、特に制限はなく、通常0.1気圧以上、好ましくは0.5気圧以上、より好ましくは0.8気圧以上である。また通常200気圧以下、好ましくは100気圧以下、より好ましくは10気圧以下である。特に好ましくは常圧である。
 また、上記反応の時間としては、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上であり、通常48時間以下、好ましくは30時間以下、より好ましくは24時間以下である。これにより、効率よく反応を行なうことができる。
 上記反応に用いられる有機溶媒としては、特に制限はなく、例えばN,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドン、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチレンスルホン、フェノール、フェノール-水混合物、及びジメチルテトラメチレンスルホン等が挙げられる。これらの有機溶媒は1種単独で、または2種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。また、上記有機溶媒と、ベンゼン、ベンゾニトリル、ジオキサン、β-エトキシエチルアセテート、ブチロールアセトン、キシレン、トルエン、及びシクロヘキサノン等の他の不活性溶媒とを混合して用いてもよい。
 上述の反応により得られるポリアミド酸を、加熱によりイミド化、もしくはイミド化剤等を用いてイミド化することにより、本発明の液晶性ポリイミドが得られる。
 加熱によるイミド化は、通常100℃以上で行なうことが好ましく、より好ましくは150℃以上、さらに好ましくは200℃以上である。また通常600℃以下、好ましくは500℃以下、より好ましくは400℃以下である。下限値以上とすることによりポリアミド酸からポリイミドへの変換効率を向上させられ、上限値以下とすることによりポリイミドの分解を抑制できる。上記加熱によるイミド化は、温度を段階的に変化させ、加熱することにより行なってもよい。
 上記加熱によるイミド化は、大気圧下で行ってもよく、また窒素雰囲気等の不活性雰囲気下で行なってもよい。
 加熱方法としては特に制限はなく、加熱には例えばホットプレート、オーブン、ヒートブロック、ホットプレス等を用いることができる。また加熱時間は、通常0.5時間以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは1.5時間以上であり、通常10時間以下、好ましくは8時間以下、より好ましくは6時間以下である。
 また、イミド化剤としては、通常アミン化合物が使用され、脱水のために酸無水物を併用してもよい。具体的には、ピリジンと無水酢酸との混合物等が例示される。これらは、上記ポリアミド酸に対して、通常2モル倍以上、好ましくは5モル倍以上、また通常1000モル倍以下用いられる。
 上述の方法により得られるポリイミドは、通常結晶状態で得られ、昇温することにより、液晶相へと転移することから、本発明においては、通常、該ポリイミドを液晶転移温度(以下、「相転移点」ともいう。)以上に加熱して液晶性ポリイミドを得る。本発明において、この液晶性を得るための温度は、30℃以上であることが好ましく、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上である。また260℃以下であることが好ましく、より好ましくは255℃以下、さらに好ましくは250℃以下である。
 上記液晶転移温度は、DSCにより測定される。
 また、本発明の液晶性ポリイミドは、液晶相へ転移後、常温(通常25℃)まで温度を下げた場合に液晶ドメインを保つもの、すなわち冷却後は25℃においても液晶構造を有するものであることが好ましい。なお、昇温により液晶ドメインを発現させた後、徐々に冷却すると液晶ドメインが消失する組成の場合は、急速冷却を行い、液晶ドメインを固定する方法が有効である。急速冷却は、3℃/分以上の冷却速度で行なうことが好ましく、より好ましくは5℃分/以上、さらに好ましくは10℃/分以上である。
 (その他)
 上記では、特定の繰り返し単位を少なくとも一部に含む液晶性ポリイミドについて説明したが、本発明の液晶性ポリイミドを用いることにより、液晶化フィルムとしたときの熱伝導率が0.22W/m・K以上であるものを得ることができる。
 なお、液晶化フィルムとしたときの熱伝導率、とは、液晶性ポリイミドを加熱により等方相とし、等方相とした温度より低温で液晶性を発現させた際の熱伝導率をいうこととする。
 通常、樹脂の熱伝導率は、金属やセラミックなどに比べ一般的に非常に低い。樹脂の高熱伝導化には限界があるため、通常、高熱伝導性無機フィラーと樹脂を複合化させることで、樹脂材料を高熱伝導化することが行われている。樹脂の熱伝導率が低いと、高熱伝導化のために無機フィラーを多量に入れなければならなくなり、成型性が低下する傾向がある。そこで、樹脂の熱伝導率を向上させることで、同じ熱伝導率を達成するための無機フィラーの体積分率を低下させることができ、複合材料の成型性の向上につながる。
 本発明においては、液晶性ポリイミドの熱伝導率が0.22W/m・K以上あると、無機フィラーと複合化した液晶性樹脂組成物とする際、無機フィラーの量を、液晶性樹脂組成物を用いて成形した膜等の成型性を保つ程度まで減らすことが出来、望ましい。
 上記熱伝導率はより好ましくは0.24以上であり、さらに好ましくは0.25以上である。また熱伝導率は、後述する実施例で説明する方法等により測定可能である。
 熱伝導率は液晶性ポリイミド内の分子鎖の配向度と相関がある。そこで、液晶性ポリイミドが、上記熱伝導率を達成するための方法として、液晶性ポリイミド内で分子が配向した領域を増やしたり、高分子鎖の結晶領域を増やしたりする方法が挙げられる。具体的には、液晶性ポリイミドのポリマー鎖に含まれるメソゲン部位の分率を向上させたり、メソゲン部位間の相互作用を向上させる置換基をメソゲン部位に導入したり、結晶化・液晶化を誘発する核剤を導入したり、結晶化・液晶化プロセスにおいて、その熱処理条件を制御することで、メソゲン部位が配向しやすい条件を作り出す方法が挙げられる。
 また、液晶性ポリイミドにおいては、相転移点(加熱により溶融する温度(等方相へ相転移する)温度)が260℃以下ことが好ましく、より好ましくは255℃以下、さらに好ましくは250℃以下である。また、相転移点は、0℃以上であるのが好ましい。相転移点の測定は、DSCにより測定される。
 液晶性ポリイミド、あるいは後述する液晶性樹脂組成物を加熱成型する際には、成型温度が低い方が有利である。本発明の液晶性ポリイミドの成型温度は、その等方相への相転移点付近であり、特に鉛フリーはんだリフロー炉の上限温度近傍(260℃以下)で成型が可能であると、生産性の観点で好ましい。
 液晶性ポリイミドの相転移点を上記値以下とする方法としては、例えば液晶性ポリイミドのポリマー鎖に含まれるメソゲン部位と屈曲部位のバランスをコントロールしたり、ポリマー鎖を構成する構造に置換基を導入し、分子鎖間の相互作用を弱める方向に制御することが挙げられる。
 B.液晶性樹脂組成物
 本発明の液晶性樹脂組成物は、上述の液晶性ポリイミドを含有するものであり、上記液晶性ポリイミドを1種単独で、または2種以上を任意の比率及び組合せで含有するものであってもよい。
 本発明においては、液晶性樹脂組成物中に、液晶性ポリイミドを、1重量%以上含んでいることが好ましく、より好ましくは10重量%以上、さらに好ましくは20重量%以上である。また通常100重量%以下、好ましくは99.9重量%以下、より好ましくは99.5重量%以下である。下限値以上とすることにより、液晶性樹脂組成物が、比較的低温で液晶性を発現するものとすることができる。
 本発明の液晶性樹脂組成物は、通常、昇温によって液晶性が得られるものであるが、この液晶性を得るための温度等の条件や方法等については、前述の液晶性ポリイミドについての、液晶性の発現及び液晶ドメインの形成・維持に関するものと同様である。
 (その他の樹脂)
 また、本発明の液晶性樹脂組成物は、上述の液晶性ポリイミド樹脂以外の樹脂を含有するものであってもよい。その他の樹脂としては、上述の液晶性ポリイミドと相溶する樹脂であり、本発明の効果を著しく損なわないものであれば特に制限はない。
 このような樹脂としては、上述以外のポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂等が挙げられる。これらは1種単独で、または2種以上を任意の比率及び組合せで用いることができる。
 その他の樹脂は、液晶性ポリイミドに対して、通常0.01重量%以上用いられ、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。また通常99重量%以下、好ましくは95重量%以下、より好ましくは90重量%以下である。上限値以下とすることにより液晶性ポリイミドの特性を併せ持った樹脂系を組成でき、また下限値以上とすることにより他の樹脂の特性を併せ持った樹脂系を組成できるという効果が得られる。
 (熱伝導性フィラー)
 また本発明の液晶性樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含んでいることが好ましい。本発明において、熱伝導性フィラーとは、バルクの熱伝導率が1W/m・K以上であるフィラーをいうこととする。熱伝導率は各種ハンドブック等に記載されたものを用いることができる。
 熱伝導性フィラーとしては、窒化ホウ素(BN)、アルミナ(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素、シリカ(SiO)等が挙げられるが、これ以外のフィラーも好適に用いられる。
 熱伝導性フィラーの混合により、液晶性ポリイミドの液晶性が比較的大きくない場合であっても、液晶性ポリイミドの液晶ドメイン及び熱伝導性フィラーによる高熱伝導性パスができるので、全体として高熱伝導化が達成できる。また、熱伝導性フィラーを含有することにより、液晶性樹脂組成物に液晶性を発現させるための熱処理温度を低いものとすることも可能となる。
 液晶性樹脂組成物中における熱伝導性フィラーの含有量としては、上記液晶性ポリイミドに対して、通常1重量%以上であり、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上である。また通常99重量%以下、好ましくは95重量%以下、より好ましくは90重量%以下である。下限値以上とすることにより熱伝導性を良好なものとすることが可能であり、また上限値以下とすることにより成形性を維持することが出来る。
 (その他)
 本発明の液晶性樹脂組成物には、本発明の目的及び効果を損なわない範囲において、各種添加剤等を含有していてもよい。添加剤の例としては、例えば感光剤や増感剤等が挙げられる。感光剤や増感剤等を含有することにより、例えば樹脂組成物を半導体素子用樹脂膜等の用途に用いた場合に、成膜プロセスを簡便にすることが可能となる。
 (用途)
 本発明の液晶性樹脂組成物は、比較的低温で液晶性を発現し、この液晶性により熱伝導性に優れたものとすることができる。したがって、例えば後述する半導体素子用樹脂膜や、熱伝導性プリント基板、放熱シート等の用途に用いることができる。
 また、上記液晶性樹脂組成物は、各種成型体や、フィルム、繊維状に加工すること等もできるため、多種多様な用途に利用可能である。
 C.半導体素子用樹脂膜
 本発明の半導体素子用樹脂膜は、上述の液晶性樹脂組成物を含有するものである。半導体素子用樹脂膜の用途としては、例えば2次元及び3次元半導体素子の接着層、層間絶縁膜(パッシベーション膜)、表面保護膜(オーバーコート膜)、及び高密度実装基板用絶縁膜等が挙げられる。
 半導体素子用樹脂膜の形成方法としては、上述の液晶性樹脂組成物を加熱により溶融させて塗布し、硬化させる方法や、上述の液晶性樹脂組成物を加熱・加圧することにより成型する方法等が挙げられる。また、ディスペンサー、スクリーン印刷などによる塗布やスピンコートなどを行うこともできる。
 このような半導体素子用樹脂膜の好ましい膜厚としては、通常1μm以上、好ましくは2μm以上、より好ましくは3μm以上である。また通常50μm以下、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下である。上記下限値以上とすることにより、高い熱伝導性を有する膜とすることができると想定される。また上限値以下とすることにより、半導体素子の厚みを効果的に低減することができる。
 また特に、上記3次元半導体素子用層間絶縁膜は、液晶発現後の熱伝導率が1.5W/m・K以上であることが好ましい。3次元半導体素子用層間絶縁膜の熱伝導率を上記値以上とすることにより、当該3次元半導体素子用層間絶縁膜を用いた半導体素子の放熱設計が容易となる。上記熱伝導率として好ましくは1.8m・K以上、さらに好ましくは2.2m・K以上である。また液晶発現後の熱伝導率は、後述する実施例で説明する方法等により測定可能である。
 上記3次元半導体素子用層間絶縁膜の熱伝導率は液晶性ポリイミド内の分子鎖の配向領域と、無機フィラーの結晶領域との相互作用と相関がある。このため、無機フィラー結晶表面と強い相互作用を有するように液晶性ポリイミドのポリマー鎖を分子設計するか、無機フィラー表面をポリマー鎖と相互作用しやすいように表面処理することで、液晶性ポリイミドの配向領域と無機フィラーの結晶領域の界面相互作用を高めることが出来、上記値を達成することが出来る。
 本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
 以下の実施例において、赤外線測定、H/13C NMR測定、偏光顕微鏡観察、及び熱分析(TG-DTA及びDSC)には下記の機器を用いた。
[測定機器]
・赤外(IR)分光光度計:堀場製作所FT-720
H/13C NMRスペクトル:Bruker DPX300S
・偏光顕微鏡/ホットステージ:OLYMPUS BX51/LINKAM LTS-350(温度コントローラ付き)
・熱分析(TG-DTA):エスアイアイ・ナノテクノロジー EXSTAR TG/DTA 6300
・熱分析(DSC):Perkin-Elmer DSC7(空冷)
 また、各実施例において、試薬は下記のものを用いた。
[試薬]
 下記式で示される3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)および下記式で示されるピロメリット酸二無水物(PMDA)は使用前に昇華精製を行った。N-メチルピロリドン(NMP)、アセトニトリル、トルエンは蒸留によって精製した。他の試薬と溶媒は市販品を精製せずに用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
[実施例1]
<4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(1)の合成>
 4-ニトロフェノール(0.423g;3.04mmol)と炭酸カリウム(1.11g;8.02mmol)のアセトニトリル(20mL)溶液に、4-ブロモ-1-ブテン(0.827g;6.13mmol)を加え、混合物を還流し17時間反応させた。反応終了後、溶液をセライトでろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した。残留物を、塩化メチレンを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製し、流出液を濃縮することにより下記式で示され4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(1)(0.571g、収率97%、淡黄色状のオイル)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
 得られた4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(1)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2942.8(Alkyl C-H),1643.1(C=C),1592.9(Ar C-C),1508.1,1334.5(-NO
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.20(d,J=9.3,ArH,2H),6.95(d,J=9.0,ArH,2H),5.96-5.82(m,vinyl proton,1H),5.23-5.12(m,vinyl proton,2H),4.11(t,J=6.6,-CH-,2H),2.62-2.55(m,-CH-,2H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.1,141.5,133.7,125.9,117.7,114.5,68.1,33.4
<1,7-ビス(4-ニトロフェノキシブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2b)の合成>
 上記4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(1)の溶液(4.27g;22.1mmol)に、20mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2.97g;9.98mmol)と、カルステッド触媒(0.25mL;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で21時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質をカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質である1,7-ビス(4-ニトロフェノキシブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2b)(5g、収率75%)を得た。
 得られた1,7-ビス(4-ニトロフェノキシブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2b)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958.3(Alkyl C-H),1592.9(Ar C-C),1515.8,1342.2(-NO),1261.2(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.19(d,J=9.3,ArH,4H),6.93(d,J=9.3,ArH,4H),4.05(t,J=6.3,-CH-,4H),1.89-1.80(m,-CH-,4H),1.57-1.47(m,-CH-,4H),0.63-0.57(m,-CH-,4H),0.09(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.4,141.4,126.0,114.5,68.6,32.5,19.8,18.0,1.34,0.314
<1,7-ビス(4-アミノフェノキシブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3c)の合成>
 2.26gの上記2b(3.38mmol)と15mLの10重量%Pd/C酢酸エチル溶液(0.0209g)とを混合し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、下記式で示される無色油状物質として1,7-ビス(4-アミノフェノキシブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3c)(2.05g、収率99%)を得た。得られた1,7-ビス(4-アミノフェノキシブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3c)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3359.4(N-H),2958.3(Alkyl C-H),1623.8(N-H),1511.9(Ar C-C),1238.1(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.74 (d,J=9.0,ArH,4H),6.63(d,J=9.0,ArH,4H),3.88(t,J=6.3,-CH-,4H),3.39(s,NH,2H),1.81-1.72(m,-CH-,4H),1.54-1.43(m,-CH-,4H),0.62-0.56(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.5,139.9,116.5,115.8,68.4,33.1,19.9,18.1,1.35,0.334
<液晶性ポリイミド(6h)の合成>
 0.306g(0.502mmol)の上記ジアミン(3c)を2.5mLのNMPに溶かし、ここに0.148g(0.503mmol)のBPDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色の下記式で示される液晶性ポリイミド(6h)のフィルムを得た。得られた液晶性ポリイミド(6h)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):1770(C=O),1712(C=O),1389(C-N)
<液晶性ポリイミド(6h)の熱分析および偏光顕微鏡観察>
 昇温/降温速度10℃/分としたDSCの二回目のスキャンから、以下の吸熱ピーク(T)および発熱ピーク(T)を得た。
 T1(結晶→液晶相転移):222℃;T2(液晶相→等方相転移):268℃/T1:254℃;T2:216℃;T3:203℃
 また、240℃における液晶性ポリイミド(6h)の偏光顕微鏡観察より、液晶相に由来する光学組織が観察された。該偏光顕微鏡観察写真を図1に示す。なお、該写真の倍率は400倍である。
[実施例2]
<1,3-ビス(4-ニトロフェノキシブチル)-1,1,3,3,-テトラメチルジシロキサン(2a)の合成>
 実施例1における2bと同様の合成手順により、4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(1)と1,1,3,3,-テトラメチルジシロキサンとの反応により、下記式で示される1,3-ビス(4-ニトロフェノキシブチル)-1,1,3,3,-テトラメチルジシロキサン(2a)(黄色油状液体(収率65%))を得た。
 1,3-ビス(4-ニトロフェノキシブチル)-1,1,3,3,-テトラメチルジシロキサン(2a)について測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2950.6(Alkyl C-H),1592.9(Ar C-C),1515.8,1338.4(-NO),1265.1(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.19(d,J=9.0,ArH,4H),6.93(d,J=9.3,ArH,4H),4.04(t,J=6.3,-CH-,4H),1.88-1.79(m,-CH-,4H),1.54-1.45(m,-CH-,4H),0.61-0.55(m,-CH-,4H),0.06(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.3,141.4,126.0,114.5,68.6,32.5,19.9,18.1,0.503
<1,3-ビス(4-アミノフェノキシブチル)-1,1,3,3,-テトラメチルジシロキサン(3a)の合成>
 実施例1における(3c)と同様の合成手順により、上記(2a)を還元して、下記式で示される1,3-ビス(4-アミノフェノキシブチル)-1,1,3,3,-テトラメチルジシロキサン(3a)(薄茶色油状液体(収率98%)を得た。得られた1,3-ビス(4-アミノフェノキシブチル)-1,1,3,3,-テトラメチルジシロキサン(3a)について測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3355.5(N-H),2950.6(Alkyl C-H),1623.8(N-H),1511.9(Ar C-C),1238.1(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.74(d,J=9.0,ArH,4H),6.63(d,J=9.0,ArH,4H),3.87(t,J=6.3,-CH-,4H),3.40(s,NH,2H),1.80-1.71(m,-CH-,4H),1.54-1.42(m,-CH-,4H),0.61-0.53(m,-CH-,4H),0.05(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.5,139.9,116.5,115.8,68.4,33.1,20.0,18.3,0.510
<液晶性ポリイミド(6f)の合成>
 実施例1における(6h)と同様にして、上記(3a)とBPDAより、ポリアミド酸を合成し、これをガラス上にキャストした後に熱イミド化することで濁った黄色の下記式で示される液晶性ポリイミド(6f)のフィルムを得た。得られた液晶性ポリイミド(6f)について、測定を行なった結果は下記の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):1770(C=O),1712(C=O),1389(C-N)
<液晶性ポリイミド(6f)の熱分析および偏光顕微鏡観察>
 昇温/降温速度10℃/分としたDSCの二回目のスキャンから、以下の吸熱ピーク(T)および発熱ピーク(T)を得た。
 T1(結晶→液晶相転移):253℃;T2(液晶相→液晶相転移):264℃;T3(液晶相→等方相転移):335℃/T1:325℃;T2:236℃
 320℃における液晶性ポリイミド(6f)の偏光顕微鏡観察より、液晶相に由来する光学組織が観察された。該偏光顕微鏡観察写真を図2に示す。なお、該写真の倍率は400倍である。
[実施例3]
<液晶性ポリイミド(6c)の合成>
 実施例2における6fと同様にして、(3c)とPMDAより、ポリアミド酸を合成し、これをガラス上にキャストした後に熱イミド化することで濁った黄色の下記式で示される液晶性ポリイミド(6c)のフィルムを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
<液晶性ポリイミド(6c)の熱分析および偏光顕微鏡観察>
 昇温/降温速度10℃/分としたDSCの二回目のスキャンから、以下の吸熱ピーク(T)および発熱ピーク(T)を得た。
 T1(結晶→液晶相転移):236.8℃;T2(液晶相→等方相転移):249.6℃/T1:231.0℃;T2:213.6℃
 250℃における液晶性ポリイミド(6c)の偏光顕微鏡観察より、液晶相に由来する光学組織が観察された。該偏光顕微鏡観察写真を図3に示す。なお、該写真の倍率は400倍である。
 [参考例1]
<4-(5-ヘキセニロキシ)ニトロベンゼン(1b)の合成>
 4-ニトロフェノール(2.79g;20.0mmol)と炭酸カリウム(4.15g;30.1mmol)のアセトニトリル(40mL)溶液に、6-ブロモ-1-ヘキセン(4.01g;24.6mmol)を加え、混合物を還流し12時間反応させた。反応終了後、溶液をセライトでろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した。残留物を、塩化メチレンを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製し、流出液を濃縮することにより下記式で示される4-(5-ヘキセニロキシ)ニトロベンゼン(1b)(4.11g、収率93%、淡黄色状のオイル)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
 得られた4-(5-ヘキセニロキシ)ニトロベンゼン(1b)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2942.8(Alkyl C-H),1639.2(C=C),1592.9(Ar C-C),1511.9,1342.2(-NO
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.19(d,J=9.3,ArH,2H),6.94(d,J=9.3,ArH,2H),5.89-5.76(m,vinyl proton,1H),5.08-4.97(m,vinyl proton,2H),4.06(t,J=6.5,-CH-,2H),2.14(q,J=7.1,-CH-,2H),1.89-1.80(m,-CH-,2H),1.63-1.49(m,-CH-,2H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.3,141.4,138.3,126.0,115.1,114.5,68.8,33.4,28.5,25.3
<1,7-ビス(4-ニトロフェノキシヘキシル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2d)の合成>
 10mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(1.53g;5.42mmol)に、上記4-(5-ヘキセニロキシ)ニトロベンゼン(1b)(3.32g;15.0mmol)と、カルステッド触媒(30滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質である1,7-ビス(4-ニトロフェノキシヘキシル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2d)(3.79g、収率97%)を得た。
 得られた(2d)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2923.6(Alkyl C-H),1592.9(Ar C-C),1515.8,1342.2(-NO),1261.2(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.19(d,J=9.3,ArH,4H),6.93(d,J=9.3,ArH,4H),4.04(t,J=6.5,-CH-,4H),1.89-1.77(m,-CH-,4H),1.53-1.33(m,-CH-,12H),0.57-0.50(m,-CH-,4H),0.07(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.6,141.9,126.2,114.8,69.3,33.4,29.3,26.0,23.5,18.6,1.56,0.57
<1,7-ビス(4-アミノフェノキシヘキシル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3d)の合成>
 2.71gの上記(2d)(3.73mmol)と15mLの10重量%Pd/C酢酸エチル溶液(0.0150g)とを混合し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、下記式で示される無色油状物質として1,7-ビス(4-アミノフェノキシヘキシル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3d)(2.47g、収率99%)を得た。得られた(3d)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3359.4(N-H),2923.6(Alkyl C-H),1623.8(N-H),1511.9(Ar C-C),1238.1(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.74(d,J=9.3,ArH,4H),6.63(d,J=8.7,ArH,4H),3.87(t,J=6.6,-CH-,4H),3.40(s,NH,2H),1.78-1.68(m,-CH-,4H),1.54-1.32(m,-CH-,12H),0.57-0.51(m,-CH-,4H),0.06(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.5,139.9,116.5,115.8,68.8,33.3,29.5,25.9,23.3,18.4,1.36,0.347
<ポリイミド(6d)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
 1.09g(1.64mmol)の1,7-ビス(4-アミノフェノキシヘキシル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3d)を8.20gのNMPに溶かし、ここに0.357g(1.64mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って、上記式であらわされるポリイミド(6d)のフィルムを得た。
 得られたポリイミド(6d)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1782(C=O),1724(C=O),1400(C-N),1254(Si-C).Anal.Calcd.For C4258:C,59.54;H,6.90;N,3.31.Found:C,59.37;H,6.80;N,3.05
 [参考例2]
<4-(3-ブテロニキシ)-2-メチルニトロベンゼン(1c)の合成>
 3-メチル-4-ニトロフェノール(3.05g;19.9mmol)と炭酸カリウム(4.27g;30.9mmol)のアセトニトリル(50mL)溶液に、4-ブロモ-1-ブテン(4.02g;29.8mmol)を加え、混合物を還流し12時間反応させた。反応終了後、溶液をセライトでろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した。残留物を、塩化メチレンを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製し、流出液を濃縮することにより下記式で示される4-(3-ブテロニキシ)-2-メチルニトロベンゼン(1c)(2.61g、収率63%、淡黄色状のオイル)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
 得られた4-(3-ブテロニキシ)-2-メチルニトロベンゼン(1c)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:IR(NaCl),ν(cm-1):2935(Alkyl C-H),1643(C=C),1581(Ar C-C),1512,1338(-NO
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.08(d,J=9.9,ArH,1H), 6.81-6.78(m,ArH,2H),5.95-5.82(m,vinyl proton,1H),5.22-5.11(m,vinyl proton,2H),4.08(t,J=6.9,-CH-,2H),2.62(s,-CH,3H),2.61-2.53(m,-CH-,2H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):162.5,142.2,137.2,133.8,127.7,118.1,117.7,112.3,67.9,33.5,21.8
<1,7-ビス[4-(3-メチル-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2e)の合成>
 12mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(1.44g;5.09mmol)に、上記4-(3-ブテロニキシ)-2-メチルニトロベンゼン(1c)(2.37g;11.4mmol)と、カルステッド触媒(20滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質である1,7-ビス[4-(3-メチル-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2e)(3.05g、収率86%)を得た。
 得られた(2e)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958.3(Alkyl C-H),1581.3(Ar C-C),1511.9,1338.4(-NO),1257.36(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.07(d,J=9.3,ArH,2H),6.79-6.76(m,ArH,4H),4.02(t,J=6.5,-CH-,4H),2.62(s,-CH,6H),1.87-1.78(m,-CH-,4H),1.57-1.46(m,-CH-,4H),0.63-0.57(m,-CH-,4H),0.09(s,Si-CH,12H),0.05(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):162.9,142.1,137.2,127.7,118.0,112.3,68.4,32.6,21.9,19.8,18.0,1.36,0.329
元素分析測定結果:Anal.Calcd.For C3052:C,51.69;H,7.52;N,4.02.Found:C,51.52;H,7.28;N,3.83
<1,7-ビス[4-(4-アミノ-3-メチルフェノキシ)ブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3e)の合成>
 2.62gの上記2e(3.76mmol)と10mLの10重量%Pd/C酢酸エチル溶液(0.0230g)とを混合し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、下記式で示される無色油状物質として1,7-ビス[4-(4-アミノ-3-メチルフェノキシ)ブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3e)(2.38g、収率99%)を得た。得られた(3e)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3363.3(N-H),2935.1(Alkyl C-H),1608.3(N-H),1504.2(Ar C-C),1238.1(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.67-6.60(m,ArH,6H),3.87(t,J=6.5,-CH-,4H),3.33(s,NH,4H),2.15(s,-CH,6H),1.81-1.71(m,-CH-,4H),1.53-1.43(m,-CH-,4H),0.62-0.56(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.4,138.1,124.1,117.4,116.1,113,1,68.4,33.2,20.0,18.1,17.8,1.36,0.334
<ポリイミド(6e)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
 1.23g(1.93mmol)の1,7-ビス[4-(4-アミノ-3-メチルフェノキシ)ブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3e)を9.34gのNMPに溶かし、ここに0.420g(1.93mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行っての上記式で示されるポリイミド(6e)のフィルムを得た。得られた(6e)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1774(C=O),1720(C=O),1381(C-N),1254(Si-C).Anal.Calcd.For C4054:C,58.65;H,6.64;N,3.42.Found:C,58.38;H,6.65;N,3.06
 [参考例3]
<ポリイミド(6j)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
 0.896g(1.41mmol)の1,7-ビス[4-(4-アミノ-3-メチルフェノキシ)ブチル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3e)を7.41gのNMPに溶かし、ここに0.414g(1.41mmol)のBPDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行ってのポリイミド(6j)のフィルムを得た。得られた(6j)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1774(C=O),1720(C=O),1381(C-N),1254(Si-C).Anal.Calcd.For C4658:C,61.71;H,6.53;N,3.13.Found:C,61.56;H,6.49;N,2.83
 [参考例4]
<1,3-ビス[4-(4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン(2a)の合成>
 3mLのトルエンに溶かした1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン(0.125g;0.934mmol)に、4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(0.519g;2.69mmol)と、カルステッド触媒(3滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質1,3-ビス[4-(4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン(2a)(0.312g、収率65%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2950.6(Alkyl C-H),1592.9(Ar C-C),1515.8,1338.4(-NO),1265.1(Si-C)
H NMR測定結果:(300 MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.19(d,J=9.0,ArH,4H),6.93(d,J=9.3,ArH,4H),4.04(t,J=6.3,-CH-,4H),1.88-1.79(m,-CH-,4H),1.54-1.45(m,-CH-,4H),0.61-0.55(m,-CH-,4H),0.06(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.3,141.4,126.0,114.5,68.6,32.5,19.9,18.1,0.503.Anal.Calcd.For C2436:C,55.36;H,6.97;N,5.38.Found:C,55.10;H,6.91;N,5.23
<1,3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン(3a)の合成>
 1,3-ビス[4-(4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン(2a)(1.35g;3.38mmol)と10mLの10重量%Pd/C(0.0393g)酢酸エチル溶液を混合物し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、無色油状物質(1.18g、収率98%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3355.5(N-H),2950.6(Alkyl C-H),1623.8(N-H),1511.9(Ar C-C),1238.1(Si-C)
H NMR測定結果:(300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.74(d,J=9.0,ArH,4H),6.63(d,J=9.0,ArH,4H),3.87(t,J=6.3,-CH-,4H),3.40(s,NH,4H),1.80-1.71(m,-CH-,4H),1.54-1.42(m,-CH-,4H),0.61-0.53(m,-CH-,4H),0.05(s,Si-CH,12H) 
13C NMR測定結果:(75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.5,139.9,116.5,115.8,68.4,33.1,20.0,18.3,0.510
<ポリイミド(6a)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
 0.258g(0.561mmol)の1,3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンを2.15gのNMPに溶かし、ここに0.122g(0.559mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色のポリイミド(6a)のフィルムを得た。
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):2954(Alkyl C-H),1782(C=O),1724(C=O),1400(C-N),1254(Si-C).Anal.Calcd.For C3438:C,63.52;H,5.96;N,4.36.Found:C,63.13;H,6.00;N,4.16
 [実施例4]
<1,5-ビス[4-(4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン(2c)の合成>
 20mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン(2.10g;10.1mmol)に、4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(5.11g;26.4mmol)と、カルステッド触媒(30滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質(5.68g、収率95%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000059
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2954.4(Alkyl C-H),1592.9(Ar C-C),1515.8,1338.4(-NO),1261.2(Si-C)
H NMR測定結果:(300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.19(d,J=9.3,ArH,4H),6.93(d,J=9.0,ArH,4H),4.04(t,J=6.3,-CH-,4H),1.89-1.80(m,-CH-,4H),1.57-1.46(m,-CH-,4H),0.62-0.57(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.03(s,Si-CH,6H)
13C NMR測定結果:(75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.4,141.4,126.0,114.5,68.6,32.5,19.8,18.0,1.42,0.315.Anal.Calcd.For C2642:C,52.49;H,7.12;N,4.71.Found:C,52.88;H,6.95;N,4.71
<1,5-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン(3b)の合成>
 1,5-ビス[4-(4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン(2.79g;4.69mmol)(2c)と15mLの10重量%Pd/C(0.0262g)酢酸エチル溶液を混合物し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、無色油状物質の、下記式で表わされる1,5-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン(3b)(2.48g、収率99%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3359.4(N-H),2954.4(Alkyl C-H),1623.8(N-H),1511.9(Ar C-C),1238.1(Si-C)
H NMR測定結果:(300 MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.74(d,J=8.7,ArH, 4H),6.63(d,J=9.0,ArH,4H),3.87(t,J=6.3,-CH-,4H),3.39(s,NH,4H),1.81-1.71(m,-CH-,4H),1.54-1.43(m,-CH-,4H),0.61-0.55(m,-CH-,4H),0.07(s,Si-CH,12H),0.02(s,Si-CH,6H)
13C NMR測定結果:(75 MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.5,139.9,116.5,115.7,68.4,33.1,19.9,18.1,1.45,0.344
<液晶性ポリイミド(6b)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000061
 0.899g(1.68mmol)の1,5-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン(3b)を7.15gのNMPに溶かし、ここに0.366g(1.68mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色の液晶性ポリイミド(6b)のフィルムを得た。
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1782(C=O),1724(C=O),1400(C-N),1254(Si-C).Anal.Calcd.For C3644:C,60.30;H,6.19;N,3.91.Found:C,60.11;H,6.14;N,3.75
 [実施例5]
<液晶性ポリイミド(6g)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
 1.09g(2.04mmol)の1,5-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン(3b)を9.54gのNMPに溶かし、ここに0.599g(2.04mmol)のBPDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色の液晶性ポリイミド(6g)のフィルムを得た。
IR測定結果:(Si wafer),ν(cm-1):2954(Alkyl C-H),1770(C=O),1716(C=O),1389(C-N),1254(Si-C).Anal.Calcd.For C4042:C,66.82;H,5.89;N,3.90.Found:C,66.58;H,5.96;N,3.74
[実施例6]
<液晶性ポリイミド(6i)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000063
 0.994g(1.49mmol)の1,7-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ヘキシル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3d)を9.54gのNMPに溶かし、ここに0.439g(1.49mmol)のBPDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色の液晶性ポリイミド(6i)のフィルムを得た。
IR測定結果(Si wafer),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1770(C=O),1712(C=O),1389(C-N),1254(Si-C).Anal.Calcd.For C4862:C,62.44;H,6.77;N,3.03.Found:C,62.01;H,6.65;N,2.77
 [結果]
 上記実施例1~6、及び参考例1~4で得たポリイミドの反応経路を下記化学反応式に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000064
 実施例1~6、及び参考例1~4で得たポリイミドの相転移点を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000065
  冷却速度10℃/minでの2回目の冷却時に、DSCによりピーク温度が観察されたことを示す。
 Tcr-lcとは、結晶相(crystal)→液晶相(liquid crystal)転移温度を示す。
 Tlc-lcとは、液晶相→液晶相転移温度を示す。
 Tlc-iとは、液晶相→等方相(isotropic phase)転移温度を示す。
  転移温度が330℃を超えているため、POMでは液晶相が観察できなかった。
  液晶相→液晶相転移温度が観察されなかった。
  液晶相が存在しなかった。(等方相→結晶相への転移温度Ti-crが2回目の降温時258℃であった。)
  ポリイミド結晶(6e)2回目昇温時の物性:T = 79[℃]、T = 117 [℃]、T = 179[℃];アモルファスポリイミド(6j) T = 91[℃](T:ガラス転移温度, T:結晶化温度,T:融点)
*表中の、Ar、R、m、及びnは、上記化学反応式中のAr、R、m、及びnに対応している。
*「-」はその転移が観測されていないことを示す。
*液晶性を示さないポリイミドに関しては、上記転移点がすべて存在しないため、観測されるTgなどの値を上記に示した。
 [実施例7]
<4-(3-ブテニロキシ)-3-フルオロニトロベンゼン(1d)の合成>
 2-フルオロ-4-ニトロフェノール(2.36g;15.1mmol)と炭酸カリウム(2.77g;20.1mmol)のアセトニトリル(40mL)溶液に、4-ブロモ-1-ブテン(2.81g;20.4mmol)を加え、混合物を還流し16時間反応させた。反応終了後、溶液をセライトでろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した。残留物を、塩化メチレンを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製し、流出液を濃縮することにより下記式で示される4-(3-ブテニロキシ)-3-フルオロニトロベンゼン(1d)、(2.57g、収率81%、淡黄色状のオイル)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000066
 得られた4-(3-ブテニロキシ)-3-フルオロニトロベンゼン(1d)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:IR (NaCl),ν(cm-1):2935(Alkyl C-H),1643(C=C),1581(Ar C-C),1512,1338(-NO
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.06-8.01(m,ArH,1H),7.96(dd,J=11.0,2.4,ArH,1H),7.02(t,J=8.7,ArH,1H),5.96-5.94(m,vinyl proton,1H),5.23-5.22(m,vinyl proton,2H),4.18(t,J=6.6,-CH-,2H),2.66-2.59(m,-CH-,2H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):153.0(d,J=5.0),151.3(d,J=234.2),140.9(d,J=10.1),133.3,121.0(d,J=3.5),118.1,113.1(d,J=2.4),112.4(d,J=22.8),69.1,33.3
<1,7-ビス[4-(2-フルオロ-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2f)の合成>
 10mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(1.15g;3.87mmol)に、上記4-(3-ブテニロキシ)-3-フルオロニトロベンゼン(1d)(2.12g;10.0mmol)と、カルステッド触媒(10滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質である1,7-ビス[4-(2-フルオロ-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2f)(2.46g、収率90%)を得た。
 得られた(2f)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000067
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1605(Ar C-C),1524,1346(-NO),1257(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.05-8.01(m,J=9.9,ArH,2H),7.96(dd,J=10.5,2.4,ArH,2H),7.01(t,J=7.8,ArH,2H),4.13(t,J=6.6,-CH-,4H),1.94-1.84(m,-CH-,4H),1.61-1.48(m,-CH-,4H),0.63-0.58(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):153.2(d,J=17.9),151.4(d,J=257.1),140.7(d,J=6.8),121.0(d,J=4.0),112.9(d,J=2.1),112.4(d,J=23.0),69.6,32.4,19.7,18.0,1.30,0.291
<1,7-ビス[4-(4-アミノ-2-フルオロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3f)の合成>
 2.18gの上記(2f)(3.09mmol)と10mLの10重量%Pd/C(0.0233g)酢酸エチル溶液とを混合し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、下記式で示される無色油状物質として1,7-ビス[4-(4-アミノ-2-フルオロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3f)(1.98g、収率99%)を得た。得られた(3f)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000068
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3375(N-H),2958(Alkyl C-H),1639(N-H),1589(Ar C-C),1257(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.79(t,J=9.0,ArH,2H),6.44(dd,J=12.6,2.4,ArH,2H),6.37-6.33(m,ArH,2H),3.94(t,J=6.6,-CH-,4H),3.49(s,NH,4H),1.83-1.73(m,-CH-,4H),1.55-1.44(m,-CH-,4H),0.62-0.56(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.05(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):153.9(d,J=244.2),141.3(d,J=9.3),139.6(d,J=11.3),118.0(d,J=2.6),110.5(d,J=3.2),104.2(d,J=21.8),70.8,33.1,19.8,18.1,1.31,0.284
<液晶性ポリイミド(6k)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000069
 1.083g(1.68mmol)の(3f)を8.19gのNMPに溶かし、ここに0.366g(1.68mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色の液晶性ポリイミド(6k)のフィルムを得た。
 [実施例8]
<4-(3-ブテニロキシ)-2-フルオロニトロベンゼン(1g)の合成>
 3-フルオロ-4-ニトロフェノール(1.57g;10.0mmol)と炭酸カリウム(2.09g;15.1mmol)のアセトニトリル(25mL)溶液に、4-ブロモ-1-ブテン(2.21g;16.0mmol)を加え、混合物を還流し終夜反応させた。反応終了後、溶液をセライトでろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した。残留物を、塩化メチレンを用いたカラムクロマトグラフィー(溶媒、ヘキサン:塩化メチレン=6:4)により精製し、流出液を濃縮することにより下記式で示される4-(3-ブテニロキシ)-2-フルオロニトロベンゼン(1g)(1.71g、収率81%、淡黄色状のオイル)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000070
 得られた4-(3-ブテニロキシ)-2-フルオロニトロベンゼン(1g)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2947(Alkyl C-H),1643(C=C),1612(Ar C-C),1520,1346(-NO
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.11-8.05(m,ArH,1H),6.77-6.70(m,ArH,2H),5.93-5.80(m,vinyl proton,1H),5.22-5.12(m,vinyl proton,2H),4.09(t,J=6.9,-CH-,2H),2.61-2.54(m,-CH-,2H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.8(d,J=10.8),157.6(d,J=263.4),133.4,128.0(d,J=1.9),118.0,110.9(d,J=4.0),103.9,103.6,68.6,33.3
<1,7-ビス[4-(3-フルオロ-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2g)の合成>
 8mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(0.705g;2.49mmol)に、上記4-(3-ブテニロキシ)-2-フルオロニトロベンゼン(1g)(1.55g;7.34mmol)と、カルステッド触媒(10滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質である1,7-ビス[4-(3-フルオロ-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2g)(1.66g、収率95%)を得た。
 得られた(2g)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000071
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1612(Ar C-C),1520,1346(-NO),1257(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.10-8.04(m,ArH,2H),6.76-6.68(m,ArH,4H),4.03(t,J=6.3,-CH-,4H),1.89-1.79(m,-CH-,4H),1.56-1.46(m,-CH-,4H),0.62-0.57(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):165.1(d,J=10.4),157.6(d,J=262.9),128.0(d,J=2.4),110.9(d,J=3.0),103.8,103.4,69.1,32.4,19.8,17.9,1.34,0.304
<1,7-ビス[4-(4-アミノ-3-フルオロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3g)の合成>
 1.66gの上記(2g)(2.35mmol)と10mLの10重量%Pd/C(0.0275g)酢酸エチル溶液とを混合し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、下記式で示される無色油状物質として1,7-ビス[4-(4-アミノ-3-フルオロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3g)(1.51g、収率99%)を得た。得られた(3g)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000072
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3371(N-H),2958(Alkyl C-H),1639(N-H),1593(Ar C-C),1238(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.70(t,J=8.4,ArH,2H),6.61(dd,J=12.5,2.4,ArH,2H),6.55-6.51(m,ArH,2H),3.86(t,J=6.3,-CH-,4H),3.41(s,NH,4H),1.81-1.72(m,-CH-,4H),1.54-1.43(m,-CH-,4H),0.62-0.56(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.05(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.5(d,J=9.3),152.1(d,J=237.6),127.6(d,J=13.6),117.7(d,J=5.0),110.7(d,J=3.5),103.1(d,J=21.6),68.5,32.9,19.9,18.1,1.35,0.332
<液晶性ポリイミド(6l)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000073
 1.083g(1.68mmol)の(3g)を8.19gのNMPに溶かし、ここに0.366g(1.68mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色の液晶性ポリイミド(6l)のフィルムを得た。
 [実施例9]
<4-(3-ブテニロキシ)-3-クロロニトロベンゼン(1h)の合成>
 2-クロロ-4-ニトロフェノール(2.60g;15.0mmol)と炭酸カリウム(2.74g;19.8mmol)のアセトニトリル(40mL)溶液に、4-ブロモ-1-ブテン(2.81g;20.4mmol)を加え、混合物を還流し終夜反応させた。反応終了後、溶液をセライトでろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した。残留物を、塩化メチレンを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製し、流出液を濃縮することにより下記式で示される化合物4-(3-ブテニロキシ)-3-クロロニトロベンゼン(1h)(2.32g、収率68%、淡黄色状の固体、融点39-40℃)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000074
 得られた4-(3-ブテニロキシ)-3-クロロニトロベンゼン(1h)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1643(C=C),1585(Ar C-C),1512,1342(-NO
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.28(d,J=2.7,ArH,1H),8.14(dd,J=9.0,2.7,ArH,1H),6.97(d,J=9.3,ArH,1H),5.99-5.85(m,vinyl proton,1H),5.25-5.14(m,vinyl proton,2H),4.18(t,J=6.6,-CH-,2H),2.68-2.61(m,-CH-,2H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):159.6,141.1,133.3,126.0,124.0,123.5,118.0,111.8,69.2,33.2
<1,7-ビス[4-(2-クロロ-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2h)の合成>
 7mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(0.544g;1.92mmol)に、上記4-(3-ブテニロキシ)-3-クロロニトロベンゼン(1h)(1.37g;6.02mmol)と、カルステッド触媒(10滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質である1,7-ビス[4-(2-クロロ-4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(2h)(1.24g、収率87%)を得た。
 得られた(2h)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000075
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1585(Ar C-C),1516,1342(-NO),1257(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.26(d,J=3.0,ArH,2H),8.12(dd,J=9.3,3.0,ArH,2H),6.96(d,J=9.0,ArH,2H),4.13(t,J=6.3,-CH-,4H),1.95-1.86(m,-CH-,4H),1.62-1.52(m,-CH-,4H),0.64-0.59(m,-CH-,4H),0.09(s,Si-CH,12H),0.04(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):159.9,141.1,126.1,124.1,123.5,111.8,69.7,32.3,19.8,17.9,1.33,0.275
<1,7-ビス[4-(4-アミノ-2-クロロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3h)の合成>
 0.936gの上記(2h)(1.38mmol)と10mLの10重量%Pd/C(0.0469g)酢酸エチル溶液とを混合し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、下記式で示される褐色油状物質として1,7-ビス[4-(4-アミノ-2-クロロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン(3h)(0.860g、収率99%)を得た。得られた(3h)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000076
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1624(N-H),1500(Ar C-C),1257(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):6.76(d,J=8.1,ArH,2H),6.74(d,J=2.4,ArH,2H),3.93(t,J=6.3,-CH-,4H),3.65(s,NH,4H),1.85-1.76(m,-CH-,4H),1.58-1.47(m,-CH-,12H),0.63-0.57(m,-CH-,4H),0.08(s,Si-CH,12H),0.05(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):150.0,140.6,124.3,117.5,116.2,114.6,70.2,33.0,19.8,18.1,1.36,0.333
<液晶性ポリイミド(6m)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000077
 1.139g(1.68mmol)の上記(3h)を8.53gのNMPに溶かし、ここに0.366g(1.68mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色の液晶性ポリイミド(6m)のフィルムを得た。
 [実施例10]
<液晶性ポリイミド(6n)の合成>
 実施例7で用いたPMDAをBPDAに変更した以外は、実施例7と同様にして、下記式で表わされるポリイミド(6n)のフィルムを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000078
 [実施例11]
<液晶性ポリイミド(6o)の合成>
 実施例9で用いたPMDAをBPDAに変更した以外は、実施例9と同様にして、下記式で表わされる液晶性ポリイミド(6o)のフィルムを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000079
 実施例7~11で得た液晶性ポリイミドの相転移点を下記表2に示す。なお、表2中のAr、R、及びRについては、下記化学式中のAr、R、及びRに対応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000080
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000081
  転移温度は、DSCによる10℃/分での降温時のピークトップから決定された。
  とは液晶相-液晶相転移が観測されなかったことを示す。
 Tcr-lcとは、結晶相(crystal)→液晶相(liquid crystal)転移温度を示す。
 Tlc-lcとは、液晶相→液晶相転移温度を示す。
 Tlc-iとは、液晶相→等方相(isotropic phase)転移温度を示す。
 [参考例5]
<1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-ドデカメチルヘキサシロキサン(1A)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000082
 上記のスキームの通り、下記文献に従って、1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-ドデカメチルヘキサシロキサン(1A)を合成した(6.42g、収率50%)。
 文献:Journal of Applied Polymer Science Vol. 108, 1901-1907 (2008).(収率82%)
<1,11-ビス[4-(4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-ドデカメチルヘキサシロキサン(2A)の合成>
 5mLのトルエンに溶かした1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-ドデカメチルヘキサシロキサン(1A)(0.647g;1.50mmol)に、上記4-(3-ブテニロキシ)ニトロベンゼン(0.709g;3.67mmol)と、カルステッド触媒(10滴;プラチナジビニルテトラメチルジシロキサンコンプレックスの2%キシレン溶液)を加えた。反応溶液を窒素下で24時間加熱還流したのち、減圧下でトルエンを除去した。得られた物質を塩化メチレン:ヘキサン(4:6 体積比)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で示される薄黄色油状物質である1,11-ビス[4-(4-ニトロフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-ドデカメチルヘキサシロキサン(2A)(1.18g、収率96%)を得た。
 得られた(2A)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000083
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):2958(Alkyl C-H),1593 (Ar C-C),1516,1342(-NO),1261(Si-C)
H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):8.18(d,J=9.6,ArH,4H),6.93(d,J=9.3,ArH,4H),4.05(t,J=6.3,-CH-,4H),1.89-1.80(m,-CH-,4H),1.57-1.47(m,-CH-,4H),0.63-0.57(m,-CH-,4H),0.09(s,Si-CH,12H),0.06(s,Si-CH,12H),0.05(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):164.4,141.4,126.0,114.5,68.6,32.6,19.8,18.0,1.33,1.25,0.314
<1,11-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-ドデカメチルヘキサシロキサン(3A)の合成>
 1.02gの上記(2A)(1.25mmol)と10mLの10重量%Pd/C(0.0203g)酢酸エチル溶液とを混合し、室温下、水素雰囲気で2日間撹拌した。溶液をセライト濾過した後に濃縮し、下記式で示される無色油状物質として1,11-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ブチル]-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11-ドデカメチルヘキサシロキサン(3A)(0.943g、収率99%)を得た。得られた(3A)について、測定を行なった結果は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000084
IR測定結果:(NaCl),ν(cm-1):3363 (N-H),2958(Alkyl C-H),1624(N-H),1512(Ar C-C),1257(Si-C)
1H NMR測定結果:(測定条件 300MHz,CDCl3,δ,ppm,25℃):6.74(d,J=9.0,ArH,4H),6.63(d,J=8.7,ArH,4H),3.88(t,J=6.3,-CH-,4H),3.41(s,NH,4H),1.82-1.73(m,-CH-,4H),1.55-1.44(m,-CH-,12H),0.63-0.57(m,-CH-,4H),0.09(s,Si-CH,12H),0.08(s,Si-CH,12H),0.06(s,Si-CH,12H)
13C NMR測定結果:(測定条件 75MHz,CDCl,δ,ppm,25℃):152.5,139.9,116.5,115.8,68.4,33.1,19.9,18.1,1.33,1.23,0.314
<ポリイミド(6A)の合成>
 1.272g(1.68mmol)の上記(3A)を9.28gのNMPに溶かし、ここに0.366g(1.68mmol)のPMDAを加え、この溶液を室温で12時間撹拌した。得られたポリアミド酸を窒素下でガラス板上にキャストし、ホットプレートで段階的に加熱(熱イミド化)し、最終的には200℃にて加熱を行って濁った黄色のポリイミド(6A)のフィルムを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000085
 [参考例6]
<ポリイミド(6B)の合成>
 参考例5で用いたPMDAをBPDAに変更した以外は、参考例6と同様にして、下記式で表わされるポリイミド(6B)のフィルムを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000086
 [評価]
 上記実施例7~11、参考例5及び6で得られたポリイミドについて、液晶性を確認したところ、実施例7~11で得られた液晶性ポリイミド(6k)、(6l)、(6m)、(6n)、及び(6o)については、液晶性を示すことが確認された。一方、(6A)及び(6B)については、液晶性を示さないことが確認された。これは、スペーサー基の屈曲性が高すぎる(スペーサー基が長すぎる)ために、メソゲン基が配向しなかったものと考えられる。
 [熱伝導率の評価]
 下記の方法により、液晶性ポリイミドフィルムの熱伝導率の評価、及び液晶性ポリイミドと窒化アルミニウムとのコンポジットとした際の熱伝導率の評価を行なった。熱伝導率の評価は、アイフェイズ社のアイフェイズモバイル1uを用いて、周期加熱法にて試料の熱拡散率を評価し、ここに試料の比重と比熱を乗じて、熱伝導率を求めた。
・液晶性ポリイミドフィルムの熱伝導率測定
 離型PETフィルム上に、実施例1の液晶性ポリイミド(6h)の合成の欄に記載のポリアミド酸を塗布し、このサンプルを大気中、加熱オーブンで100℃で60分、次いで150℃で60分加熱した後に減圧下さらに30分保持後、室温まで放冷して離型PET上にポリイミドフィルム(ポリイミド(6h)(膜厚107μm))を得た。離型PETからフィルムを剥がして得た自立膜の厚み方向の熱伝導率を評価したところ、0.21W/m・Kであった。このフィルムを離型処理したスライドガラスに載せ、ホットプレート上で280℃に昇温して等方相とし10分間保持した。その後、240℃に降温し、30分保持して液晶相を発現させた後に室温まで放冷し、離型ガラス上にポリイミド(6h)の液晶化フィルムを得た。離型ガラスから剥がした自立膜の厚み方向の熱伝導率を評価したところ、0.24W/m・Kと液晶化前に比べて熱伝導率の改善が確認された。
・窒化アルミニウム/ポリイミドコンポジットの熱伝導率測定
 MEK(2-ブタノン)4.95g中に、分散剤としてBYK-111(ビックケミー社製)を0.05gを加え均一に混合した。さらに5.0gの窒化アルミニウム(AlN;トクヤマHグレード)を加え、超音波を照射することで均一なAlN/MEK分散液(50重量%)を得た。乳鉢に15重量%の、実施例1の液晶性ポリイミド(6h)の合成の欄に記載のポリアミド酸溶液0.372g(溶媒NMP)を加え、ここに50重量%AlN分散液0.278gとMEK0.08gを加えて均一になるまで乳鉢中で混合した。このペーストを離型PETフィルム上にスピンコートし薄膜を得た(スピンコート条件:800rpm×5秒 + 2500rpm×15秒)。この離型PET上のサンプルを80℃で10分間プリベイクし、ポリアミド酸/AlNのコンポジットフィルムを得た。このフィルムを大気中、加熱オーブンで100℃で30分、次いで150℃で30分加熱した後に減圧下でさらに30分保持後、室温まで放冷して離型PET上にポリイミド/AlNのコンポジットフィルムを得た。離型PETからサンプルフィルムを剥がして自立膜を得た。TG-DTA測定より、コンポジットフィルム中のAlNの重量分率は76.5重量%であった。このサンプルフィルムの熱伝導率を評価したところ1.5W/m・Kであった。
 このフィルムを二枚の離型処理したスライドガラスに挟み、熱プレス機にて約1MPaの圧力をかけ、280℃まで昇温し、10分間保持した。その後、240℃に降温し、30分保持して液晶相を発現させた後に室温まで放冷し、離型ガラス間に液晶性ポリイミド/AlNコンポジットフィルムを得た。このコンポジットフィルムの熱伝導率を評価したところ、2.9W/m・Kと液晶化処理前に比べて顕著な向上が見られた。一方、温度処理条件を280℃で10分+30分加熱の後に放冷した場合(液晶相を発現させない温度処理条件)、その熱伝導率は2.0W/m・Kであった。液晶の発現によるコンポジットの熱伝導率の発現が確認された。
 本発明の液晶性ポリイミドは、比較的低温で液晶性を示し、これにより高熱伝導性を示すことが期待されることから、例えば半導体素子等、高熱伝導性が求められ、かつ熱に対して影響を受けやすい部材を用いた素子に用いることができ、種々の分野に適用可能である。
 なお、2009年5月11日に出願された日本特許出願2009-115031号及び2009年11月13日に出願された日本特許出願2009-260493号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (14)

  1.  下記式(I)によって示される繰り返し単位を少なくとも一部に含み、かつ液晶性を示す
    ことを特徴とする液晶性ポリイミド。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (前記式(I)中、A及びAはそれぞれ独立に、テトラカルボン酸単位の4価残基であり、
    は下記式(II)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサン単位の残基であり
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (前記式(II)中、R~Rは、それぞれ独立に、低級アルキル基を示し、xは0~10の整数であり、Dはアルキレン基を示し、yは0または1である。Zは、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかである。)
    は有機ジアミンの残基である。)
  2.  前記式(I)中、AまたはAがそれぞれ独立に4価のベンゼン核、4価のナフタレン核、4価のペリレン核、4価のシクロブタン核、4価のシクロペンタン核、4価のシクロヘキサン核、または下記式(III)で示される4価の基のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の液晶性ポリイミド。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式(III)中、Eは下記に示される二価基のいずれかであり、mは0または1である。また下記式において、nは0または1である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
  3.  前記式(II)中、R~Rが、それぞれ独立に、炭素数1以上3以下のアルキル基である
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶性ポリイミド。
  4.  前記式(II)中、R~Rが、いずれもメチル基である
    ことを特徴とする請求項3に記載の液晶性ポリイミド。
  5.  昇温時の液晶転移温度が260℃以下である
    ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の液晶性ポリイミド。
  6.  下記式(i)で示されるビス(アミノ)ポリシロキサンと、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (式(i)中、R11~R16は、それぞれ独立に低級アルキル基を示し、x’は0~10の整数であり、D11はアルキレン基を示し、y’は0または1である。Z11は、-H、-CH、-CF、-F、-CN、または-NOで示される基のいずれかである。)
     有機ジアミンと、
     下記式(ii)で示される酸二無水物と
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式(ii)中、A11は4価のベンゼン核、4価のナフタレン核、4価のペリレン核、4価のシクロブタン核、4価のシクロペンタン核、4価のシクロヘキサン核、または下記式(iii)で示される4価の基のいずれかである。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (式(iii)中、E11は以下の下記式で示される二価基であり、m’は0または1である。また、下記式においてn’は0または1である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    から得られるポリアミド酸を経由して、合成された
    ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の液晶性ポリイミド。
  7.  請求項1~6のいずれか一項に記載の液晶性ポリイミドを含有する
    ことを特徴とする液晶性樹脂組成物。
  8.  熱伝導性フィラーを含有する
    ことを特徴とする請求項7に記載の液晶性樹脂組成物。
  9.  260℃以下の温度で加熱することにより、液晶性が発現し、かつ冷却後は25℃においても液晶構造を示すものである
    ことを特徴とする請求項7または8に記載の液晶性樹脂組成物。
  10.  請求項7~9のいずれか一項に記載の液晶性樹脂組成物を含む
    ことを特徴とする半導体素子用樹脂膜。
  11.  液晶化フィルムとしたときの熱伝導率が、0.22W/m・K以上である
    ことを特徴とする、液晶性ポリイミド。
  12.  相転移点が260℃以下である
    ことを特徴とする、請求項11に記載の液晶性ポリイミド。
  13.  液晶性ポリイミドを含み、液晶発現後の熱伝導率が、1.5W/m・K以上である
    ことを特徴とする、3次元半導体素子用層間絶縁膜。
  14.  請求項13に記載の3次元半導体素子用層間絶縁膜を含有する
    ことを特徴とする、半導体素子。
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