物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)專利態(tài)勢分析——以MEMS技術(shù)為例

張運(yùn)鴻， 張善杰 （上海海事大學(xué)，上海 201306）

1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng) （Internet of things,IOT）概念的提出已經(jīng)有10余年的歷史，并在世界范圍內(nèi)引起越來越高的關(guān)注，但由于物聯(lián)網(wǎng)的概念一直以來缺乏清晰可辨識的定義，以及一些利益相關(guān)方針對這一概念進(jìn)行基于自身利益的解讀，使得市場各方對其內(nèi)涵和外延認(rèn)識不清。

目前關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義有多種，眾多專家也有自己的描述，在對物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)的認(rèn)識上也存在著一些誤區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)還缺乏一個清晰的定義，為此中國物流技術(shù)協(xié)會曾匯聚了多家的物聯(lián)網(wǎng)定義并給予了總結(jié)歸納：物聯(lián)網(wǎng)就是 “物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是通過各類傳感裝置、RFID技術(shù)、視頻識別技術(shù)、紅外感應(yīng)、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備、按約定的協(xié)議，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)物品互聯(lián)互通的網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

從以上定義看出，傳感器技術(shù)對于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要，MEMS（Micro Electro Mechanical System）作為國際公認(rèn)的21世紀(jì)最有前途的新興產(chǎn)業(yè)，受到了越來越多的重視，本文以數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)信息技術(shù)手段，通過Thomson Reuters科技集團(tuán)出版的全球最權(quán)威的深加工專利數(shù)據(jù)庫——德溫特專利數(shù)據(jù)庫對MEMS技術(shù)做出全面透徹的專利分析，以期幫助我國傳感器產(chǎn)業(yè)順利的由傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展。

2 MEMS傳感器技術(shù)專利態(tài)勢分析

MEMS傳感器是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)，是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。MEMS傳感器能夠?qū)⑿畔⒌墨@取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。制造商采用它能將一件產(chǎn)品的所有功能集成到單個芯片上，從而降低成本，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)今的趨勢，無論是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、智能手機(jī)的熱潮、移動網(wǎng)絡(luò)的崛起，都和傳感器有著密切的關(guān)系。傳感器已經(jīng)滲透到日常生活，存在于每個角落，大到汽車、工業(yè)設(shè)備，小到手機(jī)，都大量使用了各種傳感器 （符合了智能化的潮流，傳感器則是其中最基本也是最重要的一環(huán)）。而MEMS技術(shù)極具在有限的空間內(nèi)最大限度地發(fā)揮傳感器的功能，是解決傳感器微型化的關(guān)鍵手段。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)使得MEMS傳感器開始廣泛受到業(yè)界的關(guān)注，MEMS對于物聯(lián)網(wǎng)的重要性，堪比集成電路技術(shù)之于IT產(chǎn)業(yè)的重要性。

通過DII專利數(shù)據(jù)庫查找到2008年至2011年間收錄專利族有2 139個。

2.1 年代分析 （優(yōu)先權(quán)年）

圖1為2008年至2011年間公開的MEMS傳感器技術(shù)專利優(yōu)先權(quán)年分布情況，可知目前全球每年申請的有關(guān)專利為700件左右。由圖2可知，主要國家 （地區(qū)）中仍以美國最為突出，每年的專利申請量在300件左右，占全球?qū)＠暾埩康?0%左右。

圖1 MEMS傳感器專利優(yōu)先權(quán)年分布情況

2.2 專利權(quán)人分析

在MEMS傳感器技術(shù)專利數(shù)量上領(lǐng)先的20家公司按照排名先后分別為日本精工愛普生公司（SEIKO EPSON CORP）、美國霍尼韋爾國際公司 （HONEYWELL INT INC）、日本山葉株式會社（YAMAHA CORP）、 日本尼康公司 （NIKON CORP）、 日本松下電器 （MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD）、日本阿爾卑斯電氣株式會社 （ALPS ELECTRIC CO LTD）、法國原子能委員會 （COMMISSARIAT ENERGIE ATOMIQUE）、澳大利亞西爾弗布魯克研究有限公司 （SILVERBROOK RES PTY LTD）、臺灣亞德諾半導(dǎo)體股份有限公司 （ANALOG DEVICES INC）、德國羅伯特·博世 （BOSCH GMBH ROBERT）等，詳見圖3。在排名前20位的公司中，掌握較多專利技術(shù)的公司主要來自于日本，中國臺灣的亞德諾半導(dǎo)體股份有限公司位列第九。日本精工愛普生公司和美國霍尼韋爾國際公司近年來專利數(shù)量處于高位且相對穩(wěn)定，其技術(shù)研發(fā)處于穩(wěn)定階段；日本阿爾卑斯電氣株式會社在2008、2009年專利申請量增長迅速，其技術(shù)研發(fā)處于迅速發(fā)展階段，見圖4。

2.3 技術(shù)領(lǐng)域分析

由表1有關(guān)MEMS傳感器技術(shù)的IPC按類和組的覆蓋情況可知，在H01L小類和H01L-021/02小組覆蓋專利數(shù)量最多，覆蓋專利量前10位的小類和小組詳見下表。

表1 IPC技術(shù)領(lǐng)域分布情況 （類、組）

依據(jù) 《國際專利分類表》，有關(guān)IPC分類號代表的技術(shù)范圍說明如下：

H01L：半導(dǎo)體器件；其他類目未包含的電固體器件；

B81B：微觀結(jié)構(gòu)的裝置或系統(tǒng)，例如微觀機(jī)械裝置；

G01P：線速度或角速度、加速度、減速度或沖擊的測量；運(yùn)動的存在、不存在或方向的指示；

B81C：專門適用于制造或處理微觀結(jié)構(gòu)的裝置或系統(tǒng)的方法或設(shè)備；

G01C：測量距離、水準(zhǔn)或者方位；勘測；導(dǎo)航；陀螺儀；攝影測量學(xué)或視頻測量學(xué)；

G01L：測量力、應(yīng)力、轉(zhuǎn)矩、功、機(jī)械功率、機(jī)械效率或流體壓力；

G01N：借助于測定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測試或分析材料；

G02B：光學(xué)元件、系統(tǒng)或儀器；

H04R：揚(yáng)聲器、傳聲器、唱機(jī)拾音器或其他聲—機(jī)電傳感器、助聽器、擴(kuò)音系統(tǒng)；

G03F：圖紋面的照相制版工藝，例如，印刷工藝、半導(dǎo)體器件的加工工藝，其所用材料，其所用原版，其所用專用設(shè)備；

H01L-021/02：半導(dǎo)體器件或其部件的制造或處理；

H01L-029/84：通過所施加的機(jī)械力，如壓力的變化可控的 （所在大組為：H01L 29/00專門適用于整流、放大、振蕩或切換，并具有至少一個電位躍變勢壘或表面勢壘的半導(dǎo)體器件；具有至少一個電位躍變勢壘或表面勢壘，例如PN結(jié)耗盡層或載流子集結(jié)層的電容器或電阻器，半導(dǎo)體本體或其電極的零部件）；

H01L-029/66：按半導(dǎo)體器件的類型區(qū)分的 （所在大組同H01L 29/00）；

B81C-001/00：在基片內(nèi)或其上制造或處理的裝置或系統(tǒng)；

B81B-007/00：微觀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；

B81B-003/00：由柔性或可變形的元件組成的裝置，例如由彈性舌或膜片組成；

B81B-007/0：包括功能上有特定關(guān)系的不同的電或光學(xué)裝置，例如微—電子—機(jī)械系統(tǒng) （MEMS）；

G01C-019/56：帶有振動部件的轉(zhuǎn)動敏感裝置，例如音叉；

G01P-015/125：應(yīng)用電容變送器 （所在大組為：G01P 15/00測量加速度，測量減速度，測量沖擊即加速度的突變）；

G01P-015/08：用變換成電或磁量 （所在大組同G01P 15/00）。

前10位IPC分類中專利量排名前10位的國家 （地區(qū)）擁有的專利情況見圖5，各專利國 （地區(qū)）的專利覆蓋的技術(shù)主題和側(cè)重點(diǎn)不同。如：中國大陸 （CN）和德國 （DE）擁有B81B領(lǐng)域的專利量占其總量的比值高于其他國家 （地區(qū)）； 美國 （US）、 日本 （JP）、 韓國 （KR） 和中國臺灣 （TW） 擁有H01L領(lǐng)域的專利量占其總量的比值相對較高。

2.4 專利發(fā)明人分析

在同一公司申請專利量排名前5位 （含共同申請）的發(fā)明人情況見表2，分別為日本山葉株式會社的HATTORI A （29件）、澳大利亞西爾弗布魯克的SILVERBROOK K （29件）、日本精工愛普生公司的SATO A（20件）、澳大利亞西爾弗布魯克的MALLINSON S G（18件）、日本羅姆半導(dǎo)體公司的NAKATANI G（18件）。以上的日本和澳大利亞有關(guān)公司在研發(fā)團(tuán)隊(duì)上具有明顯人才優(yōu)勢，尤以澳大利亞西爾弗布魯克研究有限公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)最為突出。

表2 排名前5位的專利發(fā)明人

2.5 專利族及引用分析

圖6有關(guān)被引頻次排名前5位的專利信息分析可知，被引頻次較高的專利仍多為美國專利，且在多個國家申請了同族專利保護(hù)專利權(quán)。美國專利US 2008167672同時覆蓋了RFID和MEMS傳感器主題，為該領(lǐng)域最受關(guān)注的專利技術(shù)，極具參考價值。

3 結(jié)論及建議

通過以上對物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù) （以MEMS傳感器技術(shù)為例）的專利優(yōu)先權(quán)年、專利國家 （地區(qū)）分布、核心專利權(quán)人和發(fā)明人、技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域等相關(guān)信息的分析研究，得出以下結(jié)論并提出相應(yīng)建議，供物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展主管機(jī)關(guān)、企業(yè)管理人員、技術(shù)研發(fā)人員等參考和借鑒。

圖6 被引頻次排名前5位的專利及其專利成員情況

（1）國外企業(yè)在我國的專利布局現(xiàn)象日益突出，如我國專利權(quán)人提出的MEMS傳感器專利申請比率不足50%，嚴(yán)重阻礙和制約我國傳感器技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。建議我國主管部門給予高度重視，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展出臺系列鼓勵和支持政策，給予有關(guān)研發(fā)企業(yè)重點(diǎn)支持，以確保我國擁有核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自主供給。

（2）在MEMS傳感器技術(shù)領(lǐng)域具有較強(qiáng)自主研發(fā)能力的企業(yè)多為國外公司，擁有的專利聚集度較高；我國企業(yè)在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠稚ⅲ葱纬勺约旱暮诵母偁幜?，在國際上話語權(quán)較弱。建議我國相關(guān)重點(diǎn)研發(fā)企業(yè)加大投入，組建相應(yīng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

（3）國外發(fā)達(dá)國家掌握的技術(shù)領(lǐng)域范圍相對較廣，我國掌握的技術(shù)面較為單一，技術(shù)全面協(xié)調(diào)發(fā)展度較弱。建議我國研發(fā)企業(yè)研發(fā)MEMS傳感器技術(shù)過程中，注重于其他相關(guān)技術(shù)的關(guān)系，做好專利布局，充分保護(hù)相關(guān)權(quán)益。

（4）在MEMS傳感器關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面，我國距美國、日本掌握該技術(shù)的能力差距較大，具有較大的發(fā)展空間。建議加大在MEMS傳感器技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)力度。

（5）國外企業(yè)有關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化能力強(qiáng)，專利多集中于相關(guān)領(lǐng)域的龍頭企業(yè)；而我國的有關(guān)專利多屬于國內(nèi)高等院校、科研院所以及個人，多停留的理論研究階段，產(chǎn)業(yè)化程度不高。建議企業(yè)與有關(guān)研究院所、高校加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，有關(guān)主管機(jī)關(guān)亦應(yīng)給予宏觀指導(dǎo)和支持，共同促進(jìn)有關(guān)技術(shù)的早日應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（6）國外專利質(zhì)量較高 （尤以美國專利最為突出），我國的專利質(zhì)量相對較差，核心專利較少，不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。建議我國研發(fā)機(jī)構(gòu)和人員加強(qiáng)專利質(zhì)量的提升，真正意義上促進(jìn)我國物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，并加大國際專利申請量，切實(shí)做好專利權(quán)的保護(hù)。

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