中國(guó)大陸功率半導(dǎo)體專利大飛躍，日企如何競(jìng)爭(zhēng)？

　　功率半導(dǎo)體器件是用來(lái)進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換和供應(yīng)的半導(dǎo)體元件，從汽車、鐵路等工業(yè)設(shè)備到空調(diào)、冰箱等消費(fèi)類產(chǎn)品，用途十分廣泛。中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異，應(yīng)對(duì)能源 需求的擴(kuò)大是當(dāng)務(wù)之急，已經(jīng)成為了功率半導(dǎo)體器件的消費(fèi)大國(guó)。因此，在日本、美國(guó)、歐洲的功率半導(dǎo)體器件廠商進(jìn)駐中國(guó)的同時(shí)，中國(guó)廠商也實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，各 國(guó)廠商展開了激烈的開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)。這使得在中國(guó)申請(qǐng)的功率半導(dǎo)體器件技術(shù)專利也出現(xiàn)了激增。

　　在此背景下，日本專利廳通過(guò)“2014年專利申請(qǐng)技術(shù)動(dòng)向調(diào)查”，對(duì)中國(guó)功率半導(dǎo)體器件專利的申請(qǐng)動(dòng)向進(jìn)行調(diào)查和分析，搞清了在中國(guó)開展業(yè)務(wù)的世界各國(guó)半導(dǎo)體廠商的實(shí)際情況(PDF格式的調(diào)查報(bào)告概要)。本文將介紹本次調(diào)查的主要內(nèi)容。

　　圖1為本次調(diào)查的技術(shù)總覽圖。本次調(diào)查首先按照(1)基板材料、(2)元件種類、(3)制造流程，將功率半導(dǎo)體器件技術(shù)大致分類，然后對(duì)每個(gè)項(xiàng)目又進(jìn)行了細(xì)分。

　　圖1：技術(shù)總覽

　　按申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的專利申請(qǐng)數(shù)量的變化：中國(guó)廠商申請(qǐng)數(shù)量激增

　　2008年之前，在中國(guó)申請(qǐng)的功率半導(dǎo)體器件技術(shù)專利一直維持在每年300～400件左右，從2009年起，申請(qǐng)數(shù)量開始激增，2011年為900件，2012年超過(guò)850件。其中，日本、中國(guó)、歐洲籍的申請(qǐng)數(shù)量增長(zhǎng)最快，中國(guó)籍的增長(zhǎng)尤為顯著(圖2)。

　　圖2：按申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的申請(qǐng)數(shù)量推移及比例(在中國(guó)大陸申請(qǐng)的專利，申請(qǐng)年(優(yōu)先權(quán)主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)錄入延遲，PCT申請(qǐng)向各國(guó)轉(zhuǎn)移的時(shí)間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。 (點(diǎn)擊放大)

　　中國(guó)以Si基板的技術(shù)開發(fā)為中心

　　按照基板材料統(tǒng)計(jì)專利申請(qǐng)數(shù)量(參照?qǐng)D1的(1))，在2003～2012年期間，日本籍申請(qǐng)人申請(qǐng)的使用Si(硅)作為基板材料的技術(shù)專利合計(jì)為497件(占在中國(guó)申請(qǐng)總數(shù)的25.2%)。而中國(guó)籍的申請(qǐng)數(shù)量為729件(37.0%)，約為日本籍的1.5倍(圖3)。

　　圖3：按申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的Si基板專利的申請(qǐng)數(shù)量推移及比例(在中國(guó)大陸申請(qǐng)的專利，申請(qǐng)年(優(yōu)先權(quán)主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)錄入延遲，PCT申請(qǐng)向各國(guó)轉(zhuǎn)移的時(shí)間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。 (

　　使 用SiC(碳化硅)基板的技術(shù)專利方面，日本籍為284件(占在中國(guó)申請(qǐng)總數(shù)的50.4%)，中國(guó)籍為84件(14.9%)，使用GaN(氮化鎵)基板的 技術(shù)專利方面，日本籍為268件(47.5%)，中國(guó)籍為86件(15.2%)(圖4，圖5)。通過(guò)分析中日申請(qǐng)的基板材料專利可以看出，日本正在向開發(fā) SiC基板和GaN基板技術(shù)轉(zhuǎn)型，而中國(guó)尚處在以Si基板為中心的階段。

　　圖4：按申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的SiC基板專利的申請(qǐng)數(shù)量推移及比例(在中國(guó)大陸申請(qǐng)的專利，申請(qǐng)年(優(yōu)先權(quán)主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)錄入延遲，PCT申請(qǐng)向各國(guó)轉(zhuǎn)移的時(shí)間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。

　　圖5：按申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的GaN基板專利的申請(qǐng)數(shù)量推移及比例(在中國(guó)大陸申請(qǐng)的專利，申請(qǐng)年(優(yōu)先權(quán)主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)錄入延遲，PCT申請(qǐng)向各國(guó)轉(zhuǎn)移的時(shí)間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。 (點(diǎn)擊放大)

　　MOSFET開發(fā)一舉取得進(jìn)展

　　按 照元件種類(參照?qǐng)D1(2))進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在MOSFET*元件專利方面，日本籍為679件(占在中國(guó)申請(qǐng)總數(shù)的26.9%)，中國(guó)籍為677件 (26.9%)，數(shù)量基本相當(dāng)(圖6)。不過(guò)，在2008年之后，中國(guó)籍的申請(qǐng)數(shù)量開始增加，2011年之后的申請(qǐng)數(shù)量超過(guò)了日本籍。在IGBT*專利方 面，日本籍為527件(44.9%)，中國(guó)籍為267件(22.7%)(圖7)。中國(guó)的申請(qǐng)數(shù)量同樣是在2008年之后開始增加。

　　*MOSFET=Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的縮寫，可以高速開關(guān)，一般用作中小耐壓器件，應(yīng)用非常廣泛。

　　*IGBT=Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫，能夠在高電壓、大電流環(huán)境下，以低導(dǎo)通電阻進(jìn)行工作。常用于空調(diào)等消費(fèi)類家電，工業(yè)設(shè)備、汽車、鐵路。

　　圖6：按申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的MOSFET專利的申請(qǐng)數(shù)量推移及比例(在中國(guó)大陸申請(qǐng)的專利，申請(qǐng)年(優(yōu)先權(quán)主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)錄入延遲，PCT申請(qǐng)向各國(guó)轉(zhuǎn)移的時(shí)間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。

　　圖7：按申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的IGBT專利的申請(qǐng)數(shù)量推移及比例(在中國(guó)大陸申請(qǐng)的專利，申請(qǐng)年(優(yōu)先權(quán)主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)錄入延遲，PCT申請(qǐng)向各國(guó)轉(zhuǎn)移的時(shí)間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。

　　由 此可以看出，大約從2008年開始，MOSFET與IGBT都在中國(guó)掀起了研發(fā)熱潮。為了更詳細(xì)地進(jìn)行分析，我們比較了2012年MOSFET和IGBT 的申請(qǐng)數(shù)量，日本籍的申請(qǐng)數(shù)量基本相同，而中國(guó)籍申請(qǐng)的MOSFET專利較多。從2008年～2012年期間中國(guó)籍申請(qǐng)專利的增加數(shù)量來(lái)看，也是 MOSFET的數(shù)量較多。這可以認(rèn)為是中國(guó)將發(fā)展的重心放在了MOSFET上面。

　　中國(guó)在晶圓工藝上展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)

　　按照 申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)每種制造工藝(參照?qǐng)D1(3))專利的申請(qǐng)數(shù)量，在介電膜形成、金屬膜形成、蝕刻等晶圓工藝方面，日本籍的申請(qǐng)數(shù)量少于中國(guó)籍。而在芯片焊 接、引線鍵合和封裝處理等組裝方面，日本籍的申請(qǐng)數(shù)量多于中國(guó)籍(圖8)。由此可知，中國(guó)在晶圓工藝研發(fā)上的投入大于組裝。

　　圖8：按技術(shù)類別(制造工藝)和申請(qǐng)人國(guó)籍統(tǒng)計(jì)的申請(qǐng)數(shù)量(在中國(guó)大陸申請(qǐng)的專利，申請(qǐng)年(優(yōu)先權(quán)主張年)：2003～2012年)

　　日本企業(yè)的發(fā)展方向，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)確保競(jìng)爭(zhēng)力

　　本次調(diào)查的結(jié)果表明，在功率半導(dǎo)體器件中，日本依然掌握著SiC基板和GaN基板的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這些基板材料適用于汽車和發(fā)電系統(tǒng)，日本應(yīng)當(dāng)面向這些用途進(jìn)行開發(fā)。

　　而在MOSFET領(lǐng)域，中國(guó)正在積極開展研發(fā)。由此可以預(yù)計(jì)，中國(guó)廠商會(huì)在今后全面進(jìn)軍MOSFET領(lǐng)域，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)愈演愈烈。    因此，為了防止卷入MOSFET領(lǐng)域的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，日本企業(yè)應(yīng)當(dāng)盡快轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)而開發(fā)傳輸設(shè)備和工業(yè)設(shè)備、電力系統(tǒng)使用的高端IGBT產(chǎn)品。

　　而且，在制造工藝方面，重要的是要在晶圓工藝上緊緊咬住中國(guó)廠商，在組裝上發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，以確保在中國(guó)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。(專利廳總務(wù)部企劃調(diào)查課 專利廳審查第四部審查調(diào)查室)