晶體管產(chǎn)業(yè)專利預(yù)警分析*

潘艷麗，施偉杰，吳 平，李富龍，葉青云

（1.廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 深圳分公司，廣東 深圳518057；2.深圳晶源信息技術(shù)有限公司，廣東 深圳518000）

晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅等[1]．1956年，3 位美國物理學(xué)家因為共同發(fā)明晶體管而一起獲諾貝爾物理學(xué)獎，在隨后的半個多世紀，晶體管取得了舉世矚目的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于航天航空、軍事、電視、手機、電腦等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代電子學(xué)、微電子學(xué)的主要基石之一[2]．以晶體管為代表的高端新型電子元器件產(chǎn)業(yè)是廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展最有優(yōu)勢、創(chuàng)新最為活躍的領(lǐng)域之一．據(jù)廣東省電子行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年度廣東省電子元件制造業(yè)全年實現(xiàn)增加值1199 億元，同比增長4.8%，電子器件制造業(yè)實現(xiàn)增加值983億元，同比增長9.2%①http://www.gdeia.com/index.php?a=detail＆c=news＆id=2775.．此外，廣東省聚集著一批從事電子通訊領(lǐng)域的行業(yè)龍頭企業(yè)，因此，高端新型電子元器件產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上的突破和發(fā)展對于促進廣東省經(jīng)濟發(fā)展有著巨大的社會效益和經(jīng)濟價值，培育和發(fā)展該產(chǎn)業(yè)是廣東省加快轉(zhuǎn)型升級的重要抓手．

專利信息預(yù)警分析是指通過多種專利分析手段對專利信息進行深入分析，以此揭示行業(yè)內(nèi)的技術(shù)分布、龍頭企業(yè)或競爭對手技術(shù)分布等[3]．本文采用定量和定性相結(jié)合的方法對晶體管產(chǎn)業(yè)開展專利預(yù)警分析[4]，包括晶體管產(chǎn)業(yè)的專利申請態(tài)勢、主要技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)空白點和重點專利申請人等，針對可能遇到的專利風險，提出廣東省晶體管產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議．

1 專利數(shù)據(jù)采集說明

本文選擇智慧芽專利檢索數(shù)據(jù)庫作為本次分析的數(shù)據(jù)來源，按照國家知識產(chǎn)權(quán)局《專利分析實務(wù)手冊》制定檢索策略并對檢索數(shù)據(jù)進行除燥和標引[5]，檢索專利時間截止是2018年5月31日，對于中國申請和中國公開產(chǎn)生多個文本的，僅保留最終的一個文本，由于從專利申請到專利公開一般需要1～3年時間，因此2016年之后的數(shù)據(jù)為不完整的．

2 晶體管專利預(yù)警分析

2.1 全球晶體管專利申請態(tài)勢

在過去的半個多世紀，以晶體管為代表的電子元器件催生了集成電路的產(chǎn)生，進而在全球范圍內(nèi)推動了半導(dǎo)體電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展．如圖1所示，從專利申請的階段來看，1940年代至1960年代為晶體管專利申請的初始階段，也即晶體管產(chǎn)業(yè)的緩慢發(fā)展期，1970年代至1990年代初期，晶體管產(chǎn)業(yè)處于第一快速發(fā)展階段，1990年代后期至2013年，為第二快速發(fā)展階段，2013年之后晶體管專利申請呈現(xiàn)下降態(tài)勢．

圖1 全球晶體管專利申請趨勢圖

1949年全球晶體管產(chǎn)業(yè)專利申請量為22 件，世界上第一只“PN 結(jié)型晶體管”于1950年問世，由此可以看出，晶體管產(chǎn)業(yè)發(fā)展之初就非常注重專利保護；1958年，第一塊集成電路板問世，此階段的專利申請量也出現(xiàn)了一個小幅度的增長，1957年專利申請量比1953年增長一倍，在1960年代期間，晶體管專利申請量處于平緩增長的趨勢；伴隨著1971年Intel 推出1kb 動態(tài)隨機存儲器（DRAM）、1988年16MDRAM 問世、1993年66MHz 奔騰處理器的出現(xiàn)，集成電路發(fā)展進入超大規(guī)模階段，從1970年代到1990年代的30年間，晶體管專利的申請量開始加速增長，1970年專利申請量突破千件，2000年超過5000件；進入21 世紀，芯片生產(chǎn)工藝快速進步，晶體管專利申請量也呈現(xiàn)迅速增長態(tài)勢，2005年突破1 萬件，2013年接近1.5 萬件．2013年之后，晶體管技術(shù)進入成熟期，專利申請量下降，但是作為半導(dǎo)體行業(yè)乃至電子行業(yè)的基礎(chǔ)，晶體管的年均申請總量仍然數(shù)量龐大，仍然屬于創(chuàng)新活躍的產(chǎn)業(yè)．

從表1中可以看出，日本、美國和中國是晶體管產(chǎn)業(yè)專利受理的主要國家，反映出這3 個國家是晶體管產(chǎn)業(yè)的主要市場消費國，這與全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實際的市場分布情況相契合：自從晶體管在美國誕生以來，美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直具有其他地區(qū)無法復(fù)制的技術(shù)和變革優(yōu)勢；日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)緊隨美國，采用專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓以及合資等方式緊密追趕，并且在遭遇美國的技術(shù)封鎖之后，“舉國之力”來進行自主研發(fā)，通過政府主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué)研項目實現(xiàn)了技術(shù)上的突破，帶來了專利申請量的快速增長，于上個世紀七八十年代開啟了日本半導(dǎo)體業(yè)的“黃金時代”；中國作為電子制造大國，一直是國外各大廠商進行專利布局的重點市場，為了實現(xiàn)技術(shù)自主創(chuàng)新，國內(nèi)科研院校和本土企業(yè)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直持續(xù)研發(fā)，雖然在專利總體數(shù)量與日本、美國仍有差距，但是差距在逐漸的減?。?/p>

表1 全球各受理局晶體管及其主要技術(shù)分支專利申請量排名

2.2 晶體管IPC 技術(shù)領(lǐng)域分析

IPC 技術(shù)領(lǐng)域反映了專利申請的主要方向，通過IPC 分類可以判斷某項技術(shù)的技術(shù)研發(fā)重點．從表2可以看出，全球晶體管專利IPC 排名前十位的主要技術(shù)領(lǐng)域分布在晶體管與集成電路、半導(dǎo)體相關(guān)的領(lǐng)域，其中，晶體管（H01L21/331）的專利數(shù)量超過4 萬件，是目前晶體管產(chǎn)業(yè)的主要研發(fā)領(lǐng)域；半導(dǎo)體器件（H01L33/00）和場效應(yīng)管（H01L29/78）的專利申請占比基本相同，是晶體管產(chǎn)業(yè)應(yīng)用于集成電路的專利高產(chǎn)出區(qū)域；薄膜晶體管領(lǐng)域（H01L29/786）和雙極結(jié)型晶體管領(lǐng)域（H01L29/73）占比均超過10%，屬于潛在應(yīng)用價值較大的領(lǐng)域．

2.3 技術(shù)空白點分析

如表3所示，晶體管技術(shù)產(chǎn)出集中在場效應(yīng)晶體管、雙極性晶體管和發(fā)光二級管等技術(shù)分支，美國和日本在前兩個技術(shù)領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢，而中國在發(fā)光二極管領(lǐng)域的專利申請量遙遙領(lǐng)先．在其他技術(shù)分支，我國在隧道二級管、穩(wěn)壓二極管、PIN二極管和肖特基二極管較為薄弱，美、日在這4 個技術(shù)領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢，積累了較多專利，中國在雪崩二級管、整流二極管和開關(guān)二級管具有明顯的專利申請優(yōu)勢．

表2 全球晶體管領(lǐng)域?qū)＠鸌PC 分布

表3 全球晶體管各技術(shù)分支申請人國家排名

表4為中國各省/市在晶體管各技術(shù)分支的專利分布情況，從表中可以看出，廣東省在晶體管領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量積累領(lǐng)先于其他省市，但仍有短板，專利申請主要集中在發(fā)光二極管和場效應(yīng)晶體管，其他領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量較少．在場效應(yīng)晶體管、雙極性晶體管、整流二極管和肖特基二極管細分技術(shù)領(lǐng)域，廣東省的專利量與排名靠前的江蘇省、浙江省和上海市等省市之間存在較大的差距．在開關(guān)二極管和隧道二極管細分技術(shù)領(lǐng)域，存在明顯的技術(shù)空白．

表4 中國各省/市晶體管各技術(shù)分支專利申請量 （申請量/件）

2.4 重點專利申請人分析

表5為晶體管領(lǐng)域龍頭企業(yè)的中國有效專利量及涉及領(lǐng)域，從表中可以看出，在晶體管的每個技術(shù)領(lǐng)域，都有國內(nèi)高等院校和企業(yè)出現(xiàn)，有的國內(nèi)專利權(quán)人排名較為靠前，有的在超過2 個的技術(shù)領(lǐng)域都有布局專利．中國科學(xué)院在發(fā)光二極管、場效應(yīng)晶體管和雙極性晶體管三個領(lǐng)域共布局接近400 件專利，上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司在肖特基二極管、雙極性晶體管和場效應(yīng)晶體管3 個領(lǐng)域布局專利超過300 件，由此可見，國內(nèi)專利權(quán)人的總體創(chuàng)新能力在逐步提高．在場效應(yīng)晶體管領(lǐng)域，中芯國際集成電路制造有限公司以373 件專利排在第一位，作為我國技術(shù)最全面、規(guī)模最大的集成電路制造企業(yè)，以及世界領(lǐng)先的集成電路晶圓代工企業(yè)之一，中芯國際從建立資深研發(fā)團隊、國際產(chǎn)學(xué)研合作、重大科研項目等各個方面入手，在關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點布局專利．

從表5中也可以看出，美國IBM、韓國三星公司和LG 公司、日本三菱公司和松下公司等巨頭企業(yè)均非常注重在中國的專利布局，IBM 在雙極性晶體管和場效應(yīng)晶體管兩個領(lǐng)域布局專利超過200 件，三星公司和LG 公司在發(fā)光二極管領(lǐng)域布局專利442 件．由于顯示屏等發(fā)光器件以及大規(guī)模集成電路對發(fā)光二極管和場效應(yīng)晶體管的需求，國外巨頭們非常重視在這兩個領(lǐng)域的專利布局，因此國內(nèi)創(chuàng)新主體進入時需提前進行專利侵權(quán)風險分析，避免侵犯IBM、三星、LG 等公司的在先專利權(quán)；在肖特基二極管、雙極性晶體管領(lǐng)域，國外專利權(quán)人布局的專利數(shù)量并不多，專利風險相對較低，是國內(nèi)企業(yè)未來可以提前進行專利布局的技術(shù)領(lǐng)域．

表5 全球龍頭企業(yè)中國專利技術(shù)布局列表（申請量/件）

3 結(jié)論與建議

選擇智慧芽專利檢索數(shù)據(jù)庫對晶體管產(chǎn)業(yè)的全球申請態(tài)勢、IPC 技術(shù)領(lǐng)域分布、全球及中國各省市晶體管技術(shù)空白點以及重點專利申請人進行專利分析，主要結(jié)論與建議包括以下3個方面：

1）加強專利布局方面．以晶體管為代表的國內(nèi)新型電子元器件產(chǎn)業(yè)起步晚，發(fā)展慢，企業(yè)的研發(fā)投入整體落后于國外，核心技術(shù)較為缺乏．在國外產(chǎn)業(yè)巨頭大力在我國進行專利布局的情況下，我國晶體管產(chǎn)業(yè)研發(fā)主體不僅要注重專利申請數(shù)量的提升，更要加大高質(zhì)量專利的產(chǎn)出，從數(shù)量和質(zhì)量2 個方面加強專利布局．廣東省的晶體管專利申請總量雖然在國內(nèi)領(lǐng)先，但是在開關(guān)二極管、隧道二極管等細分技術(shù)領(lǐng)域上存在明顯的技術(shù)空白點較多，因此也需要加大空白點技術(shù)的專利布局．

2）促進區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新．不同省市在晶體管產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢可以實現(xiàn)互補，如場效應(yīng)晶體管、雙極性晶體管、整流二極管和肖特基二極管等領(lǐng)域，可以通過區(qū)域合作實現(xiàn)資源互補．因此，建議廣東省晶體管產(chǎn)業(yè)加大協(xié)同創(chuàng)新力度，與國內(nèi)其他省市領(lǐng)先的企業(yè)和科研院校合作，對廣東省晶體管產(chǎn)業(yè)薄弱環(huán)節(jié)和技術(shù)研發(fā)重點、難點進行協(xié)同創(chuàng)新和專利協(xié)同布局等．

3）建立專利預(yù)警機制．以晶體管為代表的高端新型電子元器件產(chǎn)業(yè)關(guān)系到廣東省乃至全國的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，鑒于國外巨頭在該產(chǎn)業(yè)的專利布局數(shù)量和對核心技術(shù)的控制，晶體管產(chǎn)業(yè)的研發(fā)主體企業(yè)應(yīng)建立專利預(yù)警機制，在技術(shù)研發(fā)前或產(chǎn)品出口前，針對具體技術(shù)進行專利檢索，排查專利風險，對可能遇到的專利侵權(quán)風險采取規(guī)避處理，在加大技術(shù)研發(fā)強度的同時降低專利侵權(quán)風險．