JP2014146544A - 高速伝送ケーブル用導体、及びその製造方法、並びに高速伝送ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】芯材の表面にＡｇからなる被覆層を形成したものよりも低コストでありながら、接続信頼性及び高周波伝送特性に優れた高速伝送ケーブル用導体、及びその製造方法、並びに高速伝送ケーブルを提供する。
【解決手段】高速伝送ケーブル用導体１は、銅を主成分とする芯材２と、芯材２の表面に形成された、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素（例えば亜鉛）及び酸素を含有したアモルファス層３を有する表面処理層と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅又は銅合金からなる芯材を用いた高速伝送ケーブル用導体、及びその製造方法、並びに高速伝送ケーブルに関する。

サーバ、ルータ、ストレージなどの電子機器では、伝送速度が数Ｇｂｐｓ以上の高速デジタル信号を扱う。この種の電子機器において、装置間、装置内のシャーシ間、装置内の基板間などの信号伝送には、信号波形の劣化が少なく、高周波伝送特性に優れたインタフェースが要求される。そのインタフェースの一つに、高速伝送ケーブルがある。

この高速伝送ケーブルには、一般に同軸ケーブルが用いられる。同軸ケーブルは、芯線（内部導体、中心導体ともいう。）と、芯線の外周を覆う絶縁体と、絶縁体の外周を覆う外導体（外部導体ともいう。）と、外導体の外周を覆うジャケット（シースともいう。）とからなる。

芯線には電子機器の信号ラインを接続し、外導体には電子機器のグランドを接続して、芯線により信号を伝送する。表層に抵抗が高い材質を配置しためっき線などを同軸ケーブルに用いた場合、伝送する信号の周波数が高い（＝伝送速度が大きい）と、芯線に生じる表皮効果の影響で伝送損失が大きくなる。この傾向はケーブル長が長いほど顕著に現れる。その結果、信号を長距離伝送すると、元々矩形であったデジタル信号波形がなまってしまい、伝送信号が劣化して正常な信号伝送ができなくなる。

一般のケーブルに用いられる錫めっき銅線を高速伝送ケーブルに適用した場合、軟銅の１００％ＩＡＣＳに対して、導電率が１５％ＩＡＣＳと著しく低いＳｎが導体表層にあるため、表皮効果の影響で高周波領域での導体の抵抗による伝送信号の減衰量が増大してしまう。

そのため、高周波領域で使用される高速伝送ケーブル用の導体として、表面に導電率の高いＡｇめっきを形成した導体が選択される（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に開示された高速伝送ケーブル用導体は、断線を発生しにくくするため、銅又は銅合金からなる線材にそれよりも硬いＡｇめっき層を形成したものである。特許文献２に開示された高速伝送ケーブル用導体は、純銅よりも耐屈曲性を増すため、純銅又は銅合金からなる芯材の外周にＡｇ又はＡｇ合金からなる被覆層を形成したものである。

特開２００６−３０７２７７号公報 特開２００８−２９３８９４号公報

しかし、銅又は銅合金からなる芯材の表面にＡｇからなる被覆層を形成した従来の高速伝送ケーブル用導体は、伝送信号の減衰量は少ないものの、Ａｇ素材の価格が高いため、高コストの製品とならざるを得ない。

Ａｇめっき導体と同様に導電率に優れた裸銅導体を高速伝送ケーブルに適用した場合、高周波伝送特性に問題はないものの、ケーブル製造中の熱や、材料保管中の温湿度により銅導体表面の酸化膜が成長し、はんだ付け時の不具合を生じ、接続信頼性に問題がある。

一方、銅又は銅合金からなる芯材の表面にＳｎからなる被覆層を形成した従来の伝送ケーブル用導体は、高周波伝送用途に適用した場合、伝送信号の減衰量が増大してしまう。

したがって、本発明の目的は、芯材の表面にＡｇからなる被覆層を形成したものよりも低コストでありながら、接続信頼性及び高周波伝送特性に優れた高速伝送ケーブル用導体、及びその製造方法、並びに高速伝送ケーブルを提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の高速伝送ケーブル用導体、及びその製造方法、並びに高速伝送ケーブルを提供する。

［１］銅を主成分とする芯材と、前記芯材の表面に形成された、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素を含有したアモルファス層を有する表面処理層と、を備えた高速伝送ケーブル用導体。
［２］前記表面処理層を構成する前記アモルファス層は、前記芯材から拡散した銅をさらに含有した前記［１］に記載の高速伝送ケーブル用導体。
［３］前記表面処理層は、前記アモルファス層の下に、さらに、銅及び銅よりも酸素との親和性が高い金属元素、又は銅、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素を含有する拡散層を有する、前記［２］に記載の高速伝送ケーブル用導体。
［４］前記アモルファス層を構成する、前記銅よりも酸素との親和性が高い金属元素は、亜鉛である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の高速伝送ケーブル用導体。
［５］前記表面処理層の厚さは、３ｎｍ以上０．６μｍ以下である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載の高速伝送ケーブル用導体。

［６］銅を主成分とする芯材の表面に、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素からなる被覆層を形成し、前記被覆層を温度５０℃以上１５０℃以下、時間３０秒以上６０分以下の条件で加熱処理することにより表面処理層を形成する、高速伝送ケーブル用導体の製造方法。
［７］前記銅よりも酸素との親和性が高い金属元素は、亜鉛である、前記［６］に記載の高速伝送ケーブル用導体の製造方法。
［８］前記表面処理層の厚さは、３ｎｍ以上０．６μｍ以下である、前記［６］又は［７］に記載の高速伝送ケーブル用導体の製造方法。

［９］内部導体として前記［１］〜［５］のいずれかに記載の高速伝送ケーブル用導体を用いた高速伝送ケーブル。

本発明によれば、芯材の表面にＡｇからなる被覆層を形成したものよりも低コストでありながら、接続信頼性及び高周波伝送特性に優れた高速伝送ケーブル用導体、及びその製造方法、並びに高速伝送ケーブルを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体を模式的に示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る高速伝送ケーブルを模式的に示す断面図である。 本発明の実施例３に係る高速伝送ケーブル用導体の恒温（１００℃）保持試験における３６００時間試験品の、表層からスパッタを繰り返しながら深さ方向のオージェ元素分析を行った結果を示すグラフである。 本発明の実施例３、比較例１及び従来例１に係る高速伝送ケーブル用導体の恒温（１００℃）保持試験における、表層からの酸素進入深さ（酸化膜厚さ）の時間変化を示すグラフである。 本発明の実施例３に係る高速伝送ケーブル用導体のＲＨＥＥＤ分析結果を示す電子線の回折像である。 本発明の実施例３、従来例１、３に係るはんだ濡れ試験結果を示すグラフである。 本発明の実施例３、従来例１、３に係る高周波伝送特性（抵抗減衰量）を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態及び実施例について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［実施の形態の要約］
本実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体は、銅を主成分とする芯材と、前記芯材の表面に形成された、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素を含有したアモルファス層を有する表面処理層と、を備える。

表面処理層は、異種元素が界面で接するため、異種元素界面で、通常なだらかな濃度変化を示すものであり、表面処理層の厚さの定義が難しい。そこで、本明細書においては、表面処理層の厚さを、「銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素、並びに場合に応じて銅を含有する層の厚さであり、かつ、その層を構成する元素のいずれをも元素含有比率としての原子濃度（ａｔ％）として２ａｔ％以上含有する層の厚さ」と定義する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体を模式的に示す断面図である。本実施の形態の高速伝送ケーブル用導体１は、銅を主成分とする断面円形の芯材２と、芯材２の表面に形成されたアモルファス層３とを備える。アモルファス層３は、表面処理層の一例である。

芯材２を構成する、銅を主成分とする材料としては、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅等の純銅、又は銅合金を用いることができる。銅合金としては、例えば、３〜１５質量ｐｐｍの硫黄と、２〜３０質量ｐｐｍの酸素と、５〜５５質量ｐｐｍのＴｉとを含む希薄銅合金等を用いることができる。

アモルファス層３は、例えば、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素、又は銅よりも酸素との親和性が高い金属元素、酸素、及び芯材２から拡散した銅を含有する。

アモルファス層３を構成する、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素としては、亜鉛が好ましい。亜鉛以外には、例えば、Ｔｉ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｍｎ等を挙げることができる。とりわけ、リサイクルの観点から、銅の製造時に酸化除去し易いＴｉ、Ｍｇ及びＺｒが好ましい。

元素がランダムに配置されるアモルファス層３は、元素が規則正しく配列した結晶質層と比較して緻密な構造と考えられるため、このアモルファス層３が、銅素材の酸化の原因である表面処理層の表面への銅の拡散、及び銅素材中への酸素の侵入を抑制ないし低減させる。その結果、アモルファス層３は、銅及び酸素が結合することを阻止するバリア層として機能すると考えられる。

本実施の形態のアモルファス層３からなる表面処理層の厚さは、熱処理条件にもよるが、３ｎｍ以上０．６μｍ以下が好ましく、６ｎｍ以上０．６μｍ以下がより好ましい。

アモルファス層３を形成するためには、酸素と銅以外の他の金属元素とが優先的に結合することが必要であり、そのアモルファス層３の形成を促進するためには、芯材２である銅よりも酸素との親和性が高い金属元素（例えば、亜鉛）が芯材２の表面に配置されていることが好ましい。

（第１の実施の形態の製造方法）
次に、第１の実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体１の製造方法の一例について説明する。

まず、銅を主成分とする芯材２を準備する。

次に、芯材２の表面に、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素からなる被覆層、例えばＺｎ層を形成する。Ｚｎ層の形成には、例えばめっき法、スパッタ法、真空蒸着法、クラッド法等を用いることができる。これらの方法のうち、めっき法（電解めっき）が成膜プロセスのコストが低い点で好ましい。なお、Ｚｎ層の厚さは、最終製品において０．６μｍ以下が好ましい。

次に、大気中において温度５０℃以上１５０℃以下、時間３０秒以上６０分以下の条件で加熱処理を行う。加熱処理は、導体の製造工程中に意図的に組み込まれたものに限らず、例えば、導体の輸送中、又は押出しなどによる導体への絶縁材料の被覆工程で付随的に上記条件が与えられれば、同様の効果を得ることができる。以上のようにして高速伝送ケーブル用導体１が製造される。

なお、他の製造方法として、最終製品サイズ、形状に加工する前に、予め亜鉛からなるめっき（２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましい。）を行い、その後、最終製品サイズ、形状に加工し、被覆層を０．６μｍ以下とする方法で製造したものであってもよい。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）銅を主成分とする芯材の表面に、亜鉛を被覆して所定の加熱処理を施すだけの簡易な手法により亜鉛及び酸素を含有するアモルファス層を形成することができる。
（ｂ）被覆層にＡｇよりも安価な亜鉛を用いているので、低コストで高速伝送ケーブル用導体を製造することができる。
（ｃ）芯材の表面を被覆することで芯材の表面に酸化膜が成長するのを防げるので、接続信頼性に優れた高速伝送ケーブル用導体を提供することができる。
（ｄ）被覆層の亜鉛は導電率が約２８％ＩＡＣＳと比較的低いが、本技術で必要とする被覆層厚さはＳｎ等と比較して十分薄いため、高周波伝送特性に優れた高速伝送ケーブル用導体を提供することができる。

［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体を模式的に示す断面図である。本実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体１は、第１の実施の形態においてアモルファス層３の下に拡散層４を形成したものである。なお、本実施の形態のアモルファス層３及び拡散層４は、表面処理層を構成する。

拡散層４は、銅及び銅よりも酸素との親和性が高い金属元素、又は銅、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素を含有するものでもよい。なお、拡散層４は、銅、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素からなるものが好ましい。

拡散層４を構成する、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素についても、アモルファス層３を構成する、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素の場合と同様のものを用いることができるが、アモルファス層３と同じ金属元素を使用することが好ましい。

本実施の形態のアモルファス層３及び拡散層４からなる表面処理層の厚さは、拡散層４の厚さ及び加熱処理条件にもよるが、３ｎｍ以上０．６μｍ以下が好ましく、６ｎｍ以上０．６μｍ以下がより好ましい。

拡散層４の厚さは、その下限値としては特に制限はなく、芯材としての銅が被覆されていればよく、実用上、下限の被覆厚さは３ｎｍ程度であることが好ましい。また、拡散層４の厚さの上限値は、０．５μｍ以下が好ましい。０．５μｍを超えると、高い耐食性の発現に寄与するアモルファス層３が安定して形成されにくくなることがある。アモルファス層３の厚さとしては、特に制限はないが、３ｎｍ以上が好ましい。

（第２の実施の形態の製造方法）
次に、第２の実施の形態に係る高速伝送ケーブル用導体１の製造方法の一例について説明する。

まず、銅を主成分とする芯材２を準備する。

次に、芯材２の表面に拡散層４を形成する。拡散層４は、芯材２の表面に亜鉛を被覆し、５０℃以上の温度で雰囲気加熱、又は油浴、塩浴中で保持することにより形成することができる。なお、通電による抵抗発熱を利用して形成することもできる。

拡散層４の形成後、その外周に、第１の実施の形態と同様に、アモルファス層３を形成する。すなわち、拡散層４の表面に、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素からなる被覆層、例えばＺｎ層を電解めっきにより形成する。

次に、大気中において温度５０℃以上１５０℃以下、時間３０秒以上６０分以下の条件で加熱処理を行う。以上のようにして高速伝送ケーブル用導体１が製造される。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）銅を主成分とする芯材の表面に、拡散層を形成し、拡散層の表面に亜鉛を被覆して所定の加熱処理を施すだけの簡易な手法により亜鉛及び酸素を含有するアモルファス層を形成することができる。
（ｂ）第１の実施の形態と同様に、低コストで高速伝送ケーブル用導体１を製造することができる。
（ｃ）第１の実施の形態と同様に接続信頼性及び高周波伝送特性に優れた高速伝送ケーブル用導体を提供することができる。

［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る高速伝送ケーブルを模式的に示す断面図である。本実施の形態に係る高速伝送ケーブル１０は、第１の実施の形態の高速伝送ケーブル用導体１を内部導体として用い、その内部導体の表面を絶縁体５で覆い、絶縁体５の周囲をノイズ遮蔽機能を有する外部導体６で覆い、外部導体６の周囲をシース７で覆ったものである。

本実施の形態によれば、低コストでありながら、接続信頼性及び高周波伝送特性に優れた高速伝送ケーブルを提供することができる。

なお、高速伝送ケーブル用導体１の代わりに第２の実施の形態の高速伝送ケーブル用導体１を用いてもよい。また、内部導体として高速伝送ケーブル用導体１を複数本撚り合わせた撚り線としてもよい。

本発明の第１の実施の形態に対応する実施例１〜８、比較例１〜３、及び従来例１〜３の高速伝送ケーブル用導体の構成を表１に示す。また、後述する評価項目についての評価結果も表１に示す。表１において、高周波伝送特性は、周波数１０ＧＨｚのときの従来例３の抵抗減衰量を基準としたとき、１０％未満の抵抗増加を○、１０％以上の２０％未満の抵抗増加を△、２０％以上の抵抗増加を×とした。また、コストは、Ａｇの価格を×としたとき、価格がＡｇの７割以下を○とした。総合評価は、接続不良率、高周波伝送特性、コストの項目を総合的に評価して良好を○、不足を△、不適を×とした。

表１における実施例１〜８、及び比較例１〜３は、概略として、基材としての銅からなる芯材上に、種々の厚さの亜鉛の被覆層を電解めっきにより形成し、作製したものである。

すなわち、実施例１〜８の高速伝送ケーブル用導体は、タフピッチ銅からなる線に、亜鉛めっきの厚さを変えた被覆層を形成し、その後、大気中で焼鈍をして作製したものである。

一方、比較例１の高速伝送ケーブル用導体は、銅系材料の特性に及ぼす亜鉛層の厚さの影響を評価すべく、厚さを変化させた亜鉛層を形成し、その後、実施例１と同様の加熱処理をしたものであり、比較例２及び３の銅系材料は、銅系材料の特性に及ぼす加熱処理条件の影響を評価すべく、加熱処理をせずに（比較例２）、又は加熱処理条件を変化させ（比較例３）、作製したものである。

さらに従来例として、タフピッチ銅（従来例１）、タフピッチ銅の表面にＳｎめっきを施したもの（従来例２）、タフピッチ銅の表面にＡｇめっきを施したもの（従来例３）を用意した。

以下に、各実施例、比較例及び従来例の詳細を説明する。

［実施例１］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．００４２μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、５０℃の温度で１０分間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．００３μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［実施例２］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．０１０μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、５０℃の温度で１時間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．００６μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［実施例３］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．０１６μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、１００℃の温度で５分間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．０１μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［実施例４］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．０３６μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、１００℃の温度で５分間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．０２μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［実施例５］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．０８μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、１２０℃の温度で１０分間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．０５μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［実施例６］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．１６μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、１５０℃の温度で３０秒間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．１μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［実施例７］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ１μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、１５０℃の温度で３０秒間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．６μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［実施例８］
酸素濃度、硫黄濃度、チタン濃度が、それぞれ７〜８ ｍａｓｓ ｐｐｍ、５ ｍａｓｓ ｐｐｍ、１３ ｍａｓｓ ｐｐｍである希薄銅合金からなる直径１ｍｍの銅線を作製した。この銅線に、電解めっきにより厚さ０．０１６μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、１５０℃の温度で３０秒間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体１を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体１に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．０１μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［比較例１］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ１．９μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、１００℃の温度で５分間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、１μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［比較例２］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．０４μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させて高速伝送ケーブル用導体を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．０２μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［比較例３］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ０．０２μｍのＺｎ層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、４００℃の温度で３０秒間、大気中で加熱処理して高速伝送ケーブル用導体を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び銅（Ｃｕ）から構成される表面処理層が、０．０２μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［従来例１］
直径１ｍｍのタフピッチ銅線を、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させて高速伝送ケーブル用導体を作製した。

［従来例２］
直径１ｍｍのタフピッチ銅線を、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させた。その後、溶融Ｓｎめっき処理を行い、導体表面にＳｎ層を形成して高速伝送ケーブル用導体を作製した。

［従来例３］
芯材２として直径１ｍｍのタフピッチ銅線に、電解めっきにより厚さ４μｍの銀（Ａｇ）層を形成した。その後、直径０．５ｍｍまで伸線加工を行い、更に続けて、通電焼鈍により銅芯材を軟質化させて高速伝送ケーブル用導体を作製した。作製した高速伝送ケーブル用導体に対し、表面から深さ方向のオージェ分析を行うことで、Ａｇで構成される表面処理層が、２μｍの厚さに形成されていることを確認した。

［評価方法］
表１における各高速伝送ケーブル用導体に形成された表面処理層は、オージェ分光分析の結果から求めた。

表１におけるアモルファス層の存在の確認は、ＲＨＥＥＤ（Reflection High Energy Electron Diffraction）分析により行った。アモルファス層の存在を示すハローパターンが確認できたものを「有」、結晶質の構造を示す電子線の回折斑点が確認できたものを「無」とした。

表１における作製した各高速伝送ケーブル用導体の接続不良率（％）、高周波伝送特性、コスト、総合評価は、以下のようにして行った。

接続不良率は、１００℃×１００ｈ大気中で保持試験した後のサンプル数ｎ＝５０の試料を用いて、はんだ浸漬テストを行い、はんだ濡れ面積の比（（はんだ濡れ面積／はんだ浸漬面積）×１００）が９０％を下回るサンプル数（ＮＮＧ）で評価した。つまり、接続不良率は（ＮＮＧ／５０）×１００とした。

また、１５０℃×３４０ｈ大気中で保持試験した後の試料を用い、メニスコグラフ法によるはんだ濡れ試験を実施した。装置は、レスカ社製のソルダーチェッカーを用い、はんだ濡れが完了するまでの時間を評価指標とした。

高周波伝送特性は、導体径、被覆絶縁体等のケーブル構成条件を同一とし、導体の種類を変えた場合の抵抗減衰量を、０〜１５ＧＨｚまでの各周波数に対し評価した。

［評価結果］
図４は、実施例３に係る高速伝送ケーブル用導体の恒温（１００℃）保持試験における３６００時間試験品の、表層からスパッタを繰り返しながら深さ方向のオージェ元素分析を行った結果を示すグラフである。横軸は表面からの深さ（ｎｍ）、縦軸は原子濃度（ａｔ％）を表し、実線は酸素（Ｏ）の含有比率としての原子濃度（ａｔ％）、長い破線は亜鉛（Ｚｎ）の原子濃度、短い破線は銅（Ｃｕ）の原子濃度を示している。酸素侵入深さは、表面から１０ｎｍ程度であり、特に深さ０〜３ｎｍの表層部位における平均元素含有比率を（深さ０〜３ｎｍでの各元素の最大原子濃度−最小原子濃度）／２と定義すると、実施例３では、亜鉛（Ｚｎ）が６０ａｔ％、酸素（Ｏ）が３３ａｔ％、銅（Ｃｕ）が７ａｔ％であった。

また、他の実施例を含めると、上記平均元素含有比率は、亜鉛（Ｚｎ）が３５〜６８ａｔ％、酸素（Ｏ）が３０〜６０ａｔ％、銅（Ｃｕ）が０〜１５ａｔ％の範囲にあることが分かった。

一方、比較例１の高速伝送ケーブル用導体は、亜鉛（Ｚｎ）が３３ａｔ％、酸素（Ｏ）が４１ａｔ％、銅（Ｃｕ）が２６ａｔ％であり、比較例２の高速伝送ケーブル用導体は、亜鉛（Ｚｎ）が５ａｔ％、酸素（Ｏ）が４６ａｔ％、銅（Ｃｕ）が４９ａｔ％であった。

図５は、実施例３、比較例１、及び従来例１に係る高速伝送ケーブル用導体の恒温（１００℃）保持試験における、表層からの酸素侵入深さ（酸化膜厚さ）の時間変化を示すグラフである。酸素侵入深さは、各時間保持したサンプル表面から、スパッタを繰り返しながら、深さ方向にオージェ分析を行うことで求めた。図５において、横軸は１００℃等温保持時間（ｈ）、縦軸は酸素侵入深さ（ｎｍ）を表し、実線は実施例３、破線は従来例１の酸素侵入深さを示している。なお、比較例１は点で示されている。

実施例３では、図５に示すように、３６００時間保持経過後の状態で、表面近傍での酸素濃度が増加しているものの、その侵入深さは試験前と殆ど変化せず約０．０１μｍ以下であり、実施例３の高速伝送ケーブル用導体１は高い耐酸化性を示した。

一方、図５に示すように、恒温保持試験前の従来例１では酸素を含む層の厚さが表面から約０．００６μｍ程度と、恒温保持試験前の実施例３と同程度の深さであったが、３６００時間保持試験後の従来例１では、表面近傍での酸素濃度が恒温保持試験前に比較して顕著に増加し、従来例１の酸素侵入深さは約０．０３６μｍと試験前の５倍以上となった。また、試験後の従来例１は外観上も赤茶系に変色しており、明らかに酸素を含む層が厚く形成されていると判断することができた。また、タフピッチ銅に１μｍのＺｎ層を形成した比較例１は、１０００時間保持試験後に既に酸素侵入深さが約０．０８０μｍに達していた。

耐食性に優れた実施例３の表面をＲＨＥＥＤ分析した結果を図６に示す。電子線の回折像は、ハローパターンを示しており、表面にアモルファス層が形成されていることが分かった。一方、耐食性に劣る従来例１は、銅及び酸素で構成される結晶質であることが確認された。

（接続信頼性）
接続信頼性に関して、実施例１〜８、従来例３については、不良率がゼロの優れた特性を示した。一方、同じくＺｎ系の表面処理層を持つ比較例１〜３であっても、良好な特性が得られない場合が認められた。比較例１のように、亜鉛の厚さが厚い場合、比較例２のようにめっき後の加熱処理を実施していない場合、比較例３のようにめっき後に過剰な加熱処理を行った場合等、表層にアモルファスが形成されないものはいずれも、評価結果は不良となった。従来例１は、銅の酸化によると思われる接続不良が多発した。従来例２もわずかだが不良が発生した。

メニスコグラフ法によるはんだ濡れ性の評価結果例を図７に示す。縦軸は、はんだ濡れが完了するまでの時間であるため、縦軸の値が小さいものほどはんだ濡れ性に優れると判断できる。実施例３、従来例３は短時間ではんだ濡れが完了し、濡れ性に優れるのに対し、比較例１は今回の試験時間の最大値である１０秒後もはんだ濡れが完了せず、濡れ性に劣ることが示された。

（高周波伝送特性）
高周波伝送特性についての評価結果例を図８に示す。０〜１５ＧＨｚ帯における実施例３の抵抗減衰量は、多くの金属元素の中で素材自体の導電率に最も優れるＡｇを用いた従来例３と同等で小さく、優れた高周波伝送特性を有していることが分かった。一方、従来例２は、全周波数帯域において実施例３や従来例３と比較して、著しく抵抗減衰量が大きく、高周波伝送特性が大幅に劣ることが示された。特に、高周波になるほどその差が広がるため、高周波用途で従来例２の導体を使用することは不適と判断できる。

（コスト）
コスト（経済性）に関して、本発明の実施例１〜８、比較例１〜３は、材料そのものの耐食性に優れながらも材料コストが著しく高い貴金属コーティング等を必要とせず、安価なＺｎを使用し、しかもその厚さが十分薄いため、生産性と経済性に優れている。従来例３のＡｇは、素材の単価がＺｎの数百倍に及ぶため、高価にならざるを得ない。

これらの結果から総合的に判断すると、低コストでありながら、接続信頼性及び高周波伝送特性に優れた高速伝送ケーブル用導体として、実施例１〜８に示す本実施例が提案できる。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々の変形、実施が可能である。

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことが可能である。

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の製造工程において、工程の追加、削除、変更、入替え等が可能である。

１…高速伝送ケーブル用導体、２…芯材、３…アモルファス層、４…拡散層、５…絶縁体、６…外部導体、７…シース、１０…高速伝送ケーブル

Claims (9)

1. 銅を主成分とする芯材と、
   前記芯材の表面に形成された、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素を含有したアモルファス層を有する表面処理層と、
   を備えた高速伝送ケーブル用導体。
2. 前記表面処理層を構成する前記アモルファス層は、前記芯材から拡散した銅をさらに含有した請求項１に記載の高速伝送ケーブル用導体。
3. 前記表面処理層は、前記アモルファス層の下に、さらに、銅及び銅よりも酸素との親和性が高い金属元素、又は銅、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素及び酸素を含有する拡散層を有する、
   請求項２に記載の高速伝送ケーブル用導体。
4. 前記アモルファス層を構成する、前記銅よりも酸素との親和性が高い金属元素は、亜鉛である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の高速伝送ケーブル用導体。
5. 前記表面処理層の厚さは、３ｎｍ以上０．６μｍ以下である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の高速伝送ケーブル用導体。
6. 銅を主成分とする芯材の表面に、銅よりも酸素との親和性が高い金属元素からなる被覆層を形成し、
   前記被覆層を温度５０℃以上１５０℃以下、時間３０秒以上６０分以下の条件で加熱処理することにより表面処理層を形成する、
   高速伝送ケーブル用導体の製造方法。
7. 前記銅よりも酸素との親和性が高い金属元素は、亜鉛である、
   請求項６に記載の高速伝送ケーブル用導体の製造方法。
8. 前記表面処理層の厚さは、３ｎｍ以上０．６μｍ以下である、
   請求項６又は７に記載の高速伝送ケーブル用導体の製造方法。
9. 内部導体として請求項１〜５のいずれか１項に記載の高速伝送ケーブル用導体を用いた高速伝送ケーブル。