(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりも締めつけ力が強く、かつ、輸送時の振動等にもに崩れしない新規なボンディングワイヤの巻線構造を提供する。また、ワイヤの無駄をなくし、スプールの交換作業をスムーズに行うことができるボンディングワイヤの巻線構造を提供する。【解決手段】整列巻のリード巻き部分とクロス多層巻きの本巻き部分と整列巻きのテール巻き部分とからなるスプール上に巻き取られたボンディングワイヤの巻線構造において、本巻き部分の両端形状が形作る少なくとも一方の斜辺にスプール端部から延びる下斜辺の仰角よりも急峻な仰角を有する中斜辺または上斜辺の突起部を形成し、突起部に波型のジグザグ層が連なり、かつ、当該上斜辺の頂点の高さが当該ジグザグ層の平均の高さよりも高くする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整列巻のリード巻き部分とクロス多層巻きの本巻き部分と整列巻きのテール巻き部分とからなるスプール上に巻き取られたボンディングワイヤの巻線構造において、当該本巻き部分の両端形状が形作る少なくとも一方の斜辺にスプール端部から延びる下斜辺の仰角よりも急峻な仰角を有する中斜辺または上斜辺の突起部があり、当該突起部に波型のジグザグ層が連なり、かつ、当該上斜辺の頂点の高さが当該ジグザグ層の平均の高さよりも高いことを特徴とするボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項２】
前記突起部が階段状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項３】
前記本巻き部分の両端に前記突起部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項４】
前記波型のジグザグ層の山の数が７〜１８個設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項５】
前記ボンディングワイヤが銀合金であることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項６】
前記ボンディングワイヤが貴金属被覆銅合金であることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の組立て等に用いるスプールに巻かれた長尺ボンディングワイヤの巻線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子上の電極と外部リードとの接続に用いるボンディングワイヤ（以下、単にワイヤともいう。）は、直径が１５〜７５μｍの金、銀、銅等の純度９９．９９質量％以上の純金属で製造された極細線が主流であり、場合によっては、Ａｇ−Ｐｄ合金や貴金属が被覆された銅合金等の合金線が使用される。これらの極細線は、専用のボンディングワイヤ用スプール上に断面が台形状の積層状態で巻き付けられ、終端部を粘着テープによってフランジに止着された状態で出荷される。半導体素子組立製造の現場では、ピンセットを使ってこのスプール上に巻き付けられたボンディングワイヤから粘着テープを剥がし、ピンセットでワイヤ端部を把持してボンディングキャピラリに通線し、ボンディングワイヤを半導体素子の組立装置へ仕掛けている。
【０００３】
ボンディングワイヤ用スプールは、一般的に外径が約１／２インチ（１２．７ｍｍ）、あるいは約２インチ（５０．８ｍｍ）の筒部（以下、巻胴部とも呼ぶ。）と、該巻胴部の両端に固定した円板状のフランジとを有している。そして、スプールの改良としては、半導体ボンディングワイヤーを一層長く巻き取るため、特開２００１−０８５４６２号公報に「該巻胴部の両端から中央部に向けて傾斜する傾斜側面を設けたスプール」が提案されている。
【０００４】
このようなスプールにボンディングワイヤを巻胴部に巻く手段にはさまざまな構造や方法が提案されている。
例えば、実開昭５９−１８７１４１号公報（後述する「特許文献１」）には、図１に示すように、「ボンディング用線を往側巻線と復側巻線とを交叉させてスプールに巻込むクロス巻線形態において、巻線終端部をフランジ近傍のスプール周面に整列巻してなる半導体素子のボンディング用線のスプール巻線」が開示されている。
【０００５】
また、実公昭６１−００８０４９号公報（後述する「特許文献２」）には、「細い金属線を巻き部材上にクロス巻きに多層に巻き付けて構成された金属線供給用パッケージにおいて、該金属線の巻き付け幅を１００〜７００層毎に巻き付け幅の両端部でそれぞれ該金属線の直径の１０〜１００倍宛狭くしてなる金属線供給用パッケージ」が開示され、その実施例に「巻き付けられた金線は約１、０００ｍであった。」ことが記載されている。また、実開昭６１−１９０１３５号公報には、「ボンディングワイヤーを巻き部材上にクロス巻きに多層に巻き付けて構成されたボンディングワイヤー用供給用パッケージにおいて、該ワイヤーの巻き付け幅が１０〜１００層毎に巻き付け幅の両端部でそれぞれワイヤー直径の１〜２０倍宛広くされてなるボンディングワイヤー供給用パッケージ」が開示されている。また、特公平０２−０１１０１７号公報（後述する「特許文献３」）には、「従来の５０〜２００ｍ巻に替り、５００〜５０００ｍ巻等の長尺巻線が望まれてきている」ところから、「スプールに一層巻部と該一層巻部に連続する多層巻部とに巻回されたボンディングワイヤにおいて、上記多層巻部を整列巻層と１〜２０巻のクロス巻層とが交互に積層される多層構造としたことを特徴とする半導体素子のボンディングワイヤ」が提案されている。
【０００６】
また、特開昭６１−２２６４６６号公報には、「極細線を円筒状のスプールに巻き取る際において、前記極細線が前記スプールの外周面に当接する巻き始めの部分については張力を大として巻き取り、その後所定の値まで張力を低下させて巻き取ることを特徴とする極細線の巻取方法」が開示されている。同様に、特開平０６−１３５６３２号公報には、「極細線の巻かれた繰り出しスプールから極細線を繰り出して巻取りスプールに巻き取る極細線巻き取り方法において、巻始めのリード巻き部分を所定の第１張力で巻き、本巻き部分を所定の第２張力で巻き、かつ巻き終わりのテール巻き部分を第２張力から所定の第３張力まで複数回段階的に張力を変化させて巻くことを特徴とする極細線巻き取り方法」が開示されている。
【０００７】
さらに、特開２００４−１１１４４９号公報（後述する「特許文献４」）には、「スプール上に巻き取られた金極細線が、整列巻きされた形態からなるリード巻き部分と、クロス多層巻きされた俵積み状積層形態からなる本巻き部分と、整列巻きされた形態からなるテール巻き部分とからなるボンディング用金極細線の巻回構造において、前記リード巻き部分の金極細線は、隣接する金極細線同士が緊密に接触する状態で整列巻きされたものであることを特徴とするボンディング用金極細線の巻回構造」が開示されている。
【０００８】
これら従来のボンディングワイヤの巻線構造は、図1に示されるように、リード巻き部分に積層された本巻き部分からなる巻線の断面形状が台形である。そして、本巻き部分の横に設けられた単層または複層で整列巻きされたテール巻き部分によって張力をかけている。このような張力のかけ方だと、最外周層にあるワイヤによって本巻き部分の断面全体に垂直方向の押圧力がかかる。しかしながら、最外周層にあるワイヤでは水平方向の押圧力がかかりにくいため、これらのワイヤ、特に最表面近くにあるワイヤには強い力がかかるものの、輸送時の振動等によってボンディングワイヤがずれやすく、ボンディングワイヤ表面に擦れ傷ができやすい。この擦れ傷ができやすいのは、融点の低い純銀や銀合金のワイヤで顕著であった。このため純銀や銀合金のボンディングワイヤでは、１千ｍ巻程度が限界であった。
【０００９】
他方、ボンディングワイヤが長尺化し、２千ｍ巻だけでなく、１万ｍ巻のように長くなってくると、巻数が厚くなり、最外層のワイヤの張力をますます強くする必要が生じてきた。しかしながら、巻数を多くするため本巻き部分の斜辺の傾斜を急峻にすると、横ブレに対する抗力が相対的に弱くなる。また、巻数を多くして最外層のワイヤの張力を強くしても、横ブレに対する抗力は弱いままであった。特に純銀ワイヤは銅ワイヤや金ワイヤよりも柔らかい。このため純銀ワイヤは擦れ傷がつきやすく、最外層のワイヤの張力を強くして巻くことができないという欠点があった。ワイヤに擦れ傷があると、溶融ボールが不安定になったり、超音波ボンディングが不安定になったりする。このようなワイヤを使用すると、ボンディング作業の連続運転が中断してしまうのでトラブルの原因になる。この擦れ傷が多発する傾向は、融点の低い純銀合金（金属製分のAg純度が９９．９９質量％以上を占め、残りの０．０１％未満に種々の添加元素が含有されている合金）からなるボンディングワイヤで最も多く見られた。また、純金ワイヤではこの擦れ傷が比較的少なく、純銅ワイヤではこの擦れ傷が比較的多く観察された。他方、巻数が厚くなると、輸送時に荷崩れしやすくなるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開昭５９−１８７１４１号公報
【特許文献２】実公昭６１−００８０４９号公報
【特許文献３】特公平０２−０１１０１７号公報
【特許文献４】特開２００４−１１１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、クロス多層巻きされた俵積み状積層形態からなる本巻き部分のワイヤが荷崩れし、かつ、純銀合金のボンディングワイヤ等で擦れ傷が発生するという上記課題を解決するためになされたもので、これまでよりも締めつけ力が強く、かつ、輸送時の振動等にも荷崩れしない新規なボンディングワイヤの巻線構造を提供することを目的とする。また、本発明は、テール巻き部分を新たに本巻き部分の頂部に組み入れるという構成により、ボンディングに寄与しないワイヤの無駄をなくし、また、スプールの交換作業をスムーズに行うことができるボンディングワイヤの巻線構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のボンディングワイヤの巻線構造は、整列巻のリード巻き部分とクロス多層巻きの本巻き部分と整列巻きのテール巻き部分とからなるスプール上に巻き取られたボンディングワイヤの巻線構造において、当該本巻き部分の両端形状が形作る少なくとも一方の斜辺にスプール端部から延びる下斜辺の仰角よりも急峻な仰角を有する中斜辺または上斜辺の突起部があり、当該突起部に波型のジグザグ層が連なり、かつ、当該上斜辺の頂点の高さが当該ジグザグ層の平均の高さよりも高いことを特徴とする。
【００１３】
本発明のボンディングワイヤの巻線構造において、本巻き部分の両端形状が形作る少なくとも一方の斜辺にスプール端部から延びる下斜辺の仰角よりも急峻な仰角を有する中斜辺または上斜辺の突起部があることとしたのは、横方向の振動に対していわゆる防波堤の役目をするためである。上斜辺の頂点の高さが当該ジグザグ層の平均の高さよりも高いので、上斜辺の突起部の押圧力が水平方向に分散することによって略矩形の断面形状の本巻き部分の横揺れを押さえつけることができる。すなわち、本巻き部分の厚さが高くなってもテール巻き部分からの垂直方向の押圧力は分散しないので、これまでよりも少ない突起部の押圧力で略矩形の断面形状の本巻き部分を押さえつけることができる。
【００１４】
また、この突起部に波型のジグザグ層が連なっていることとしたのは、輸送中の振動によってワイヤにかかる水平方向の抗力を分散させるためである。すなわち、本巻き部分のクロス多層巻きしたワイヤが緩むのを防止するためである。ジグザグ層によって形成される断面三角形状は、ワイヤにかかる抗力を分散させるためなので、ある程度の高さがあればよい。通常は、上斜辺の頂部の高さよりもジグザグ層の断面三角形状のすべての高さを小さくすることができる。また、この断面三角形状を小さくしても、断面三角形状の底辺に相当する狭い範囲で垂直方向の押圧力があり、ワイヤにかかる水平方向の抗力を分散させることができる。また、この波型のジグザグ層も垂直方向の押圧力があるため、ワイヤにかかる水平方向の抗力に対する上斜辺の突起部の垂直方向の押圧力を相対的に小さくすることができる。
【００１５】
本発明のボンディングワイヤの巻線構造における好ましい実施態様は次のとおりである。
前記突起部が階段状に構成されていることが好ましい。本巻き部分の斜辺が細長くなると横振動で荷崩れしやすくなるからである。突起部が階段状に構成されていると、いわゆる防波堤が大きくなる。このため本巻部分の被覆層の厚さが高くなっていっても、全長にわたるボンディングワイヤの巻線構造が崩れにくくなる。また、突起部の断面積は、前記波型のジグザグ層の平均の断面積よりも大きいことが好ましい。横振動に対する防波堤の役目をするからである。すなわち、突起部の高さを高くしたり、幅を広くしたりすることができる。本巻き部分に当たるテール巻き部分の両端部の押圧力を強くして本巻き部分のワイヤがすべらないようにするためである。なお、前記テール巻き部分または前記リード巻き部分をなくして、極端な場合は本巻き部分のみで巻線構造を構成することができる。無駄なワイヤを節約するためである。
【００１６】
また、前記本巻き部分の両端に前記突起部が設けられていることが好ましい。ピンセットでボンディングワイヤの終端をつまんでもほどけにくくするためである。また、横揺れ防止のためでもある。
【００１７】
また、前記波型のジグザグ層の山の数が７〜１８個設けられていることが好ましい。ジグザグ層の山は一般的にワイヤが三角形に積み重なった形状をいう。しかし、実際の三角形状は左右対称ではなく、ワイヤで形作られる三角形の斜辺もいびつである。そこで、便宜的に、投影した平面において上斜辺の突起部に続くワイヤのうち基準となるワイヤの高さが隣接する両隣りのワイヤの高さよりも高い場合を1個の山として数えた。
【００１８】
また、前記ボンディングワイヤが銀合金であることが好ましい。純銀合金だけでなく銀合金を含めた理由は次のとおりである。すなわち、実用的な銀合金、例えば、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ合金、Ａｇ−Ｐｄ−Ａｕ合金などは、融点が低く、柔らかいため、表面の擦れ傷がつきやすく、本発明の効果が特に顕著に発揮されるからである。
【００１９】
また、前記ボンディングワイヤが貴金属被覆銅合金であることが好ましい。貴金属被覆銅合金ワイヤも純金ワイヤよりも表面の擦れ傷がつきやすく、本発明の効果が発揮される。ここで、貴金属被覆銅合金ワイヤにはＰｄコート純銅合金ワイヤやＡｕ分散Ｐｄコート純銅合金ワイヤも含まれる。いずれも純金ワイヤよりも表面の擦れ傷がつきやすく、本発明の効果が発揮されるからである。
【００２０】
その他、本巻き部分の仰角は、急峻なほど多くのワイヤを巻くことができるが、本巻き部分の層数が厚くなると、崩れやすくなる。また、ジグザグ層の山は、当該本巻き部分の上面の半分以上の面積に形成されていることが好ましく、全面にわたって形成されていることが最も好ましい。また、本巻き部分の層数やピッチ間隔は、使用するボンディング装置によって適宜定められる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のボンディングワイヤの巻線構造によれば、これまでよりも小さなテール巻き部分の張力でこれまでよりも長尺のボンディングワイヤ、すなわち巻き層数を多くした本巻き部分のワイヤをしっかり固定することができる。また、波型のジグザグ層が分散して本巻き部分のワイヤの水平方向の揺れを基本的に押さえつけるので、輸送時の振動等に対してもこれまでよりも対抗力があり、これまでよりも長尺のワイヤの振動揺れを防止することができる。具体的には、純銀合金または銀合金からなるボンディングワイヤでは１千ｍ以上の長尺ワイヤをしっかり巻回することができ、純銅または銅合金やＰｄを被覆したＣｕまたは銅合金（前述した「Ｐｄコート銅」）からなるボンディングワイヤでは２千ｍ以上の長尺ワイヤをしっかり巻回することができ、純金または金合金からなるボンディングワイヤでは５千ｍ以上の長尺ワイヤをしっかり巻回することができる。そして、このように巻回された長尺ワイヤは、振動揺れに強く、ボンディングワイヤの表面に擦れ傷等がないので、連続して安定したボンディング作業をすることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、これまでよりも長尺のボンディングワイヤを供給できるので、ボンディングワイヤの巻き替え作業が少ない回数で済む。また、テール巻き部分のワイヤもボンディングワイヤに用いることができるので、ワイヤの無駄がなくなり、しかも、スプール交換作業も連続して行うことができる。
【実施例１】
【００２３】
純度９９．９９９質量％以上の純銀（Ａｇ）からなる直径２５μｍのワイヤを用い、これを２インチ（５０．８ｍｍ）の筒部と円板状のフランジからなるスプールへ、図２に示すように２，０００ｍ巻きつけた。図２は、測長顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ  ＳＴＭ６）により測定倍率５００倍で作画したもので、横軸がスプールの幅方向を示し、縦軸がスプールの高さ方向を示す。高さ方向の単位は幅方向の約６０倍である。
【００２４】
図２の本巻部分を右から左に見ていくと、右側の斜辺の半分を超えたところで、スプールの端部からの下斜辺が上斜辺となって右突起部を構成している。この右突起部の頂部は本巻部分で最も高くなっている。この右突起部に続いて大小の１０個の山からなるジグザグ層が波状に隣接している。そのジグザグ層のあとに緩やかな左突起部が連なっている。なお、ワイヤの終端は、図示していないが、スプールの外壁面にテープ止めされている。
【００２５】
上述のボンディングワイヤが巻かれたスプール３個を図５に示すスプールケースに入れ、机の上３０ｃｍの高さで5回落下させたが、荷崩れはなかった。その後実体顕微鏡により全ｍにわたり外観を検査したが、擦れ傷は皆無であった。
【実施例２】
【００２６】
純度９９．９９質量％以上の純銅（Ｃｕ）にパラジウム（Ｐｄ）の延伸層を被覆した直径１８μｍのボンディングワイヤを用い、これを２インチ（５０．８ｍｍ）の筒部と円板状のフランジからなるスプールへ、図３に示すように２，０００ｍ巻きつけた。
【００２７】
図３の本巻部分を右から左に見ていくと、まず、スプールの端部からの下斜辺につづき第一の平坦域があり、続いて下斜辺の仰角よりも急峻な仰角を有する中斜辺がある。この中斜辺につづき第二の平坦域があり、続いて上斜辺となり、最も高い上斜辺の頂部があって右突起部を構成している。この右突起部に続いて大小の８個の山からなるジグザグ層が波状に隣接している。
【００２８】
上述のボンディングワイヤが巻かれたスプール３個を図５に示すスプールケースに入れ、実施例１と同一の振動試験を行い、その後実体顕微鏡により全ｍにわたり外観を検査したが、荷崩れはなく擦れ傷は皆無であった。
【実施例３】
【００２９】
純度９９．９９質量％以上の純銅（Ｃｕ）にパラジウム（Ｐｄ）の薄延伸層および金（Ａｕ）極薄延伸層を被覆した直径１８μｍのボンディングワイヤを用い、これを２インチ（５０．８ｍｍ）の筒部と円板状のフランジからなるスプールへ、図４に示すように２，０００ｍ巻きつけた。
【００３０】
図４の本巻部分を右から左に見ていくと、右側の斜辺の半分を超えたところで、スプールの端部からの下斜辺が上斜辺となって右突起部を構成している。この右突起部の頂部は本巻部分で最も高くなっている。この右突起部に続いて大小の１２個の山からなるジグザグ層が波状に隣接している。
【００３１】
上述のボンディングワイヤが巻かれたスプール３個を図５に示すスプールケースに入れ、実施例１と同一の振動試験を行い、その後実体顕微鏡により全ｍにわたり外観を検査したが、荷崩れはなく擦れ傷は皆無であった。
【従来例】
【００３２】
実施例１と同一のワイヤを用い、図１に示すように、整列巻のリード巻き部分とクロス多層巻きの本巻き部分と整列巻きのテール巻き部分とを独立させ、２，０００ｍ巻きつけた。
【００３３】
上述のボンディングワイヤが巻かれたスプール３個を図５に示すスプールケースに入れ、上述のボンディングワイヤが巻かれたスプール３個を実施例１と同様にして振動試験を行ったところ、３個ともボンディングワイヤがスプールからずり落ち、ボンディング装置に装着することができなくなった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のボンディングワイヤの巻線構造は、新規であり、汎用ＩＣ、ディスクリートＩＣ、メモリＩＣの他、高温高湿の用途ながら低コストが要求されるＬＥＤ用のＩＣパッケージ、自動車半導体用ＩＣパッケージ等のあらゆる半導体の高速ボンディングマシンに適用可能なボンディングワイヤの用途がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は従来のボンディングワイヤの巻線構造を示す図である。
【図２】図２は本発明のボンディングワイヤの巻線構造を示す実施例である。
【図３】図３は本発明のボンディングワイヤの巻線構造を示す他の実施例である。
【図４】図４は本発明のボンディングワイヤの巻線構造を示す他の実施例である。
【図５】図５はボンディングワイヤを収納するスプールケースを示す参考図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月9日(2016.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整列巻のリード巻き部分とクロス多層巻きの本巻き部分と整列巻きのテール巻き部分とからなるスプール上に巻き取られたボンディングワイヤの巻線構造において、当該ボンディングワイヤは、純銀合金または銀合金からなるボンディングワイヤでは１千ｍ以上の長尺ワイヤであり、純銅または銅合金、あるいは、Ｐｄを被覆したＣｕまたは銅合金からなるボンディングワイヤでは２千ｍ以上の長尺ワイヤであり、純金または金合金からなるボンディングワイヤでは５千ｍ以上の長尺ワイヤであり、かつ、当該本巻き部分が形作る形状は、少なくとも一端に突起部があり、当該突起部に波型層が連なったものからなり、当該突起部の円周方向の斜辺はより急峻な仰角を有し、かつ、当該突起部の頂点の高さが当該波型層の平均の高さよりも高いことを特徴とするボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項２】
前記本巻き部分の両端に前記突起部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項３】
前記波型層の山の数が７〜１８個設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【請求項４】
前記ボンディングワイヤが銀合金であることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤの巻線構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明のボンディングワイヤの巻線構造は、整列巻のリード巻き部分とクロス多層巻きの本巻き部分と整列巻きのテール巻き部分とからなるスプール上に巻き取られたボンディングワイヤの巻線構造において、当該ボンディングワイヤは、純銀合金または銀合金からなるボンディングワイヤでは１千ｍ以上の長尺ワイヤであり、純銅または銅合金、あるいは、Ｐｄを被覆したＣｕまたは銅合金からなるボンディングワイヤでは２千ｍ以上の長尺ワイヤであり、純金または金合金からなるボンディングワイヤでは５千ｍ以上の長尺ワイヤであり、かつ、当該本巻き部分が形作る形状は、少なくとも一端に突起部があり、当該突起部に波型層が連なったものからなり、当該突起部の円周方向の斜辺はより急峻な仰角を有し、かつ、当該突起部の頂点の高さが当該波型層の平均の高さよりも高いことを特徴とする。