我國(guó)功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析

　　從手機(jī)、電視、洗衣機(jī)到高速列車，均離不開(kāi)電能;無(wú)論是水電、核電、火電還是風(fēng)電，甚至各種電池提供的化學(xué)電能，大部分均無(wú)法直接使用，需要由功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行功率變換以后才能供設(shè)備使用。

　　同時(shí)，功率半導(dǎo)體的特性和應(yīng)用方法也直接影響著電力電子系統(tǒng)的性能價(jià)格和可靠性，其構(gòu)成的能量轉(zhuǎn)換裝置的效率也是影響節(jié)能的重要因素之一。

　　正因?yàn)槿绱耍�近年�?lái)隨著環(huán)保和節(jié)能減排需求的增加，功率半導(dǎo)體器件逐漸走進(jìn)大眾的視野，成為世界各國(guó)爭(zhēng)奪的目標(biāo)。我國(guó)功率半導(dǎo)體器件的技術(shù)特點(diǎn)及專利布局如何，發(fā)展趨勢(shì)怎樣，又當(dāng)如何應(yīng)對(duì)？記者采訪了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的有關(guān)專家，對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)解讀，請(qǐng)讀者關(guān)注。

　　前提

　　知彼知己細(xì)思量

　　俗話說(shuō)，“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”。專利是世界上最大的技術(shù)信息源，實(shí)證統(tǒng)計(jì)分析，專利包含了世界科技信息的90%至95%。在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，我國(guó)的專利競(jìng)爭(zhēng)格局是怎樣的？

　　從專利申請(qǐng)主體和申請(qǐng)側(cè)重點(diǎn)看，日本、美國(guó)遙遙領(lǐng)先，其中日本原創(chuàng)申請(qǐng)(24181項(xiàng))占總申請(qǐng)的63%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他國(guó)家申請(qǐng)，在申請(qǐng)量上基本處于壟斷地位，其專利申請(qǐng)側(cè)重于雙極晶體管以及MOSFET(金氧半場(chǎng)效晶體管);美國(guó)申請(qǐng)量位居次席，專利申請(qǐng)主要集中在MOSFET，而其他幾個(gè)分支發(fā)展比較均衡;中國(guó)是近5年最活躍的國(guó)家，中國(guó)申請(qǐng)人在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的申請(qǐng)量占中國(guó)總申請(qǐng)量的比例高達(dá)84%，發(fā)展非常迅速，專利申請(qǐng)側(cè)重于MOSFET及晶閘管，但多邊申請(qǐng)比例很低，尚不足4%。

　　“從國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)狀況可以看出，中國(guó)目前對(duì)于功率器件的核心技術(shù)的掌握相比國(guó)外企業(yè)來(lái)說(shuō)非常少，中國(guó)與歐美、日本企業(yè)之間掌握核心技術(shù)的差距仍然較大。”國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部半導(dǎo)體一處審查員王琳說(shuō)，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展以及對(duì)節(jié)能減排的迫切需求，功率半導(dǎo)體器件的地位越來(lái)越重要，國(guó)際知名功率半導(dǎo)體企業(yè)無(wú)不積極搶占市場(chǎng)份額。

　　“以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)為例，它曾被視為功率半導(dǎo)體器件第三次技術(shù)革命的代表性產(chǎn)品。然而目前中國(guó)IGBT市場(chǎng)90%以上被國(guó)外廠商壟斷。”王琳坦言，從上世紀(jì)90年代起，國(guó)內(nèi)不少研究機(jī)構(gòu)就開(kāi)始研究IGBT，陸續(xù)獲得了一些成果，并開(kāi)始申請(qǐng)相關(guān)專利，但是在材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試各環(huán)節(jié)都存在很大困難，離產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離。尤其是在IGBT的應(yīng)用基礎(chǔ)研究深度方面，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距至少為5至10年，綜合實(shí)力方面的差距也約為10至15年。

　　國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部半導(dǎo)體一處審查員劉紅表示，總體上看，無(wú)論技術(shù)、設(shè)備還是人才，相對(duì)于歐美和日本來(lái)說(shuō)，中國(guó)目前還處于全方位的落后狀態(tài)。生產(chǎn)強(qiáng)設(shè)計(jì)弱、缺少核心專利等是造成上述現(xiàn)狀的重要因素。

　　戰(zhàn)術(shù)

　　緊跟熱點(diǎn)整合優(yōu)勢(shì)

　　“功率半導(dǎo)體技術(shù)正朝著高溫、高頻、低功耗、高功率容量以及智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，新結(jié)構(gòu)、新工藝硅基功率器件正不斷出現(xiàn)并逼近硅材料的理論極限，新材料功率半導(dǎo)體器件也不斷走向成熟。”劉紅說(shuō)，無(wú)論是綜合實(shí)力強(qiáng)大的企業(yè)還是研發(fā)實(shí)力較弱的小型企業(yè)，都應(yīng)及時(shí)了解行業(yè)的技術(shù)狀況，積極根據(jù)專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)，有效調(diào)整研發(fā)重點(diǎn)，以免落伍。

　　“近10年(2001~2010年)來(lái)每年全球?qū)＠�申�?qǐng)量都在1500項(xiàng)左右。尤其是MOSFET和IGBT處于快速發(fā)展階段，兩者在近10年的申請(qǐng)量占比達(dá)到67%。”國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部半導(dǎo)體一處審查員車曉璐告訴記者，從功率器件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，在專利申請(qǐng)數(shù)量上，無(wú)論是全球?qū)＠麛?shù)據(jù)還是中國(guó)專利數(shù)據(jù)，與MOSFET和IGBT技術(shù)相關(guān)的專利申請(qǐng)量要大幅超過(guò)其他一級(jí)技術(shù)分支。在中國(guó)二者的申請(qǐng)量也分別占總申請(qǐng)量的43%和19%，這表明這些技術(shù)正是目前研究的熱點(diǎn)和今后的發(fā)展方向。

　　節(jié)能環(huán)保是很重要的發(fā)展方向。IGBT素有“綠色經(jīng)濟(jì)之核”的美譽(yù)，之所以備受青睞與其顯著的節(jié)能效果不無(wú)關(guān)系。車曉璐介紹，課題組分析7000多篇IGBT領(lǐng)域?qū)＠�后有幾個(gè)發(fā)現(xiàn)：一是PT結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是目前研究的重點(diǎn);二是NPT器件的重點(diǎn)是改進(jìn)基區(qū)和漂移區(qū)，以提高擊穿電壓;三是改進(jìn)FS器件的緩沖層，充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。同時(shí)還注意到，目前出現(xiàn)同時(shí)具有溝槽柵和平面柵的雙柵結(jié)構(gòu)。

　　“缺乏實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)的小型企業(yè)，還可直接借鑒電力和自動(dòng)化技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)廠商ABB公司的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)以及專利保護(hù)策略。”劉紅表示，ABB的專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)與功率半導(dǎo)體器件的各個(gè)技術(shù)分支的整體發(fā)展態(tài)勢(shì)一致性很強(qiáng)，是功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的標(biāo)桿式的企業(yè)。

　　國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部半導(dǎo)體一處副處長(zhǎng)王興妍建議：“要充分利用已有的資源優(yōu)勢(shì)，通過(guò)專利技術(shù)合作實(shí)現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)、企業(yè)與科研院所之間的合作。”她表示，科研院所具有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力，比如在IGBT領(lǐng)域的專利申請(qǐng)中，38%為大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的申請(qǐng)，SiC(碳化硅)器件領(lǐng)域的申請(qǐng)，則達(dá)到52%。因此，企業(yè)和大學(xué)之間可通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方式互通有無(wú)，從而做強(qiáng)做大;企業(yè)之間，則可揚(yáng)長(zhǎng)避短，注重聯(lián)合，爭(zhēng)取形成國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的技術(shù)聯(lián)盟，并構(gòu)建專利池。這既有利于形成產(chǎn)業(yè)合力，又提高了抗風(fēng)險(xiǎn)能力。例如，在專利合作方面，ABB就曾與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手克里公司共同合作開(kāi)發(fā)SiC器件。

　　布局

　　從外圍專利抓起

　　相比國(guó)外掌握的有關(guān)功率半導(dǎo)體器件的核心技術(shù)，我國(guó)有不小差距。這是否意味著沒(méi)有必要申請(qǐng)外圍專利呢?

　　“突破核心專利的壁壘，最奏效的辦法就是研發(fā)核心技術(shù)。但是，對(duì)后起的企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于研發(fā)實(shí)力和經(jīng)費(fèi)投入有限，直攻核心專利難度較大，而利用外圍專利進(jìn)行突圍，不失為一個(gè)比較好的策略。”王興妍表示，可以圍繞核心專利開(kāi)展創(chuàng)新，大量申請(qǐng)圍繞核心專利的改進(jìn)專利，對(duì)其形成包圍之勢(shì)。在市場(chǎng)上，這些外圍的“籬笆”可以就此形成“交叉許可”，從而獲得對(duì)核心專利的使用權(quán)。

　　COOLMOS(超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)就是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司英飛凌利用他人核心專利為自己贏得市場(chǎng)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)典型案例。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部半導(dǎo)體一處審查員李介勝告訴記者，中國(guó)電子科技大學(xué)陳星弼院士的發(fā)明專利US5216275A是COOLMOS產(chǎn)品的核心專利，英飛凌雖然未掌握這個(gè)核心專利，但共引用47次，在其周圍形成一個(gè)龐大的外圍專利網(wǎng)。現(xiàn)今的COOLMOS市場(chǎng)中英飛凌占據(jù)了一半以上的份額。這種縝密的外圍專利布局進(jìn)一步鞏固了英飛凌在該領(lǐng)域的市場(chǎng)地位，用來(lái)抵御他人對(duì)其專利的進(jìn)攻并遏止競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手技術(shù)擴(kuò)張。

　　李介勝介紹，英飛凌目前正在和多家半導(dǎo)體公司進(jìn)行專利許可談判。這些談判對(duì)持續(xù)保護(hù)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)和商業(yè)利益至關(guān)重要，而用于談判的籌碼就是英飛凌多年累積的核心專利以及圍繞自己或他人的核心專利所進(jìn)行的外圍專利布局戰(zhàn)略。

　　除了未雨綢繆的專利布局外，專利申請(qǐng)撰寫(xiě)也是不容忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)。

　　“在撰寫(xiě)時(shí)需要明確合理的授權(quán)范圍，這方面也可以借鑒一下國(guó)外大公司的經(jīng)驗(yàn)，例如飛兆、三菱等。”王興妍告訴記者，對(duì)于獨(dú)立權(quán)利盡可能要求最大的保護(hù)范圍，對(duì)于圍繞獨(dú)立的若干從屬權(quán)利，則要逐層遞進(jìn)，一步步進(jìn)行限定，由此形成一個(gè)穩(wěn)定的專利保護(hù)圈。這樣既有利于審查過(guò)程中的修改，也可在獨(dú)立權(quán)利要求無(wú)效時(shí)讓從屬權(quán)利及時(shí)補(bǔ)上從而保證專利權(quán)的穩(wěn)定。