我國功率半導體器件產業發展趨勢分析

　　從手機、電視、洗衣機到高速列車，均離不開電能;無論是水電、核電、火電還是風電，甚至各種電池提供的化學電能，大部分均無法直接使用，需要由功率半導體器件進行功率變換以后才能供設備使用。

　　同時，功率半導體的特性和應用方法也直接影響著電力電子系統的性能價格和可靠性，其構成的能量轉換裝置的效率也是影響節能的重要因素之一。

　　正因為如此，近年來隨著環保和節能減排需求的增加，功率半導體器件逐漸走進大眾的視野，成為世界各國爭奪的目標。我國功率半導體器件的技術特點及專利布局如何，發展趨勢怎樣，又當如何應對？記者采訪了國家知識產權局的有關專家，對此進行了詳細解讀，請讀者關注。

　　前提

　　知彼知己細思量

　　俗話說，“知己知彼，百戰不殆”。專利是世界上最大的技術信息源，實證統計分析，專利包含了世界科技信息的90%至95%。在功率半導體器件領域，我國的專利競爭格局是怎樣的？

　　從專利申請主體和申請側重點看，日本、美國遙遙領先，其中日本原創申請(24181項)占總申請的63%，遠遠超過其他國家申請，在申請量上基本處于壟斷地位，其專利申請側重于雙極晶體管以及MOSFET(金氧半場效晶體管);美國申請量位居次席，專利申請主要集中在MOSFET，而其他幾個分支發展比較均衡;中國是近5年最活躍的國家，中國申請人在功率半導體器件領域的申請量占中國總申請量的比例高達84%，發展非常迅速，專利申請側重于MOSFET及晶閘管，但多邊申請比例很低，尚不足4%。

　　“從國內外專利申請狀況可以看出，中國目前對于功率器件的核心技術的掌握相比國外企業來說非常少，中國與歐美、日本企業之間掌握核心技術的差距仍然較大。”國家知識產權局專利局電學發明審查部半導體一處審查員王琳說，隨著經濟的進一步發展以及對節能減排的迫切需求，功率半導體器件的地位越來越重要，國際知名功率半導體企業無不積極搶占市場份額。

　　“以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)為例，它曾被視為功率半導體器件第三次技術革命的代表性產品。然而目前中國IGBT市場90%以上被國外廠商壟斷。”王琳坦言，從上世紀90年代起，國內不少研究機構就開始研究IGBT，陸續獲得了一些成果，并開始申請相關專利，但是在材料、設計、制造、測試各環節都存在很大困難，離產業化還有一定的距離。尤其是在IGBT的應用基礎研究深度方面，我國與國際先進水平相比差距至少為5至10年，綜合實力方面的差距也約為10至15年。

　　國家知識產權局專利局電學發明審查部半導體一處審查員劉紅表示，總體上看，無論技術、設備還是人才，相對于歐美和日本來說，中國目前還處于全方位的落后狀態。生產強設計弱、缺少核心專利等是造成上述現狀的重要因素。

　　戰術

　　緊跟熱點整合優勢

　　“功率半導體技術正朝著高溫、高頻、低功耗、高功率容量以及智能化、系統化方向發展，新結構、新工藝硅基功率器件正不斷出現并逼近硅材料的理論極限，新材料功率半導體器件也不斷走向成熟。”劉紅說，無論是綜合實力強大的企業還是研發實力較弱的小型企業，都應及時了解行業的技術狀況，積極根據專利申請態勢，有效調整研發重點，以免落伍。

　　“近10年(2001~2010年)來每年全球專利申請量都在1500項左右。尤其是MOSFET和IGBT處于快速發展階段，兩者在近10年的申請量占比達到67%。”國家知識產權局專利局電學發明審查部半導體一處審查員車曉璐告訴記者，從功率器件的產品結構看，在專利申請數量上，無論是全球專利數據還是中國專利數據，與MOSFET和IGBT技術相關的專利申請量要大幅超過其他一級技術分支。在中國二者的申請量也分別占總申請量的43%和19%，這表明這些技術正是目前研究的熱點和今后的發展方向。

　　節能環保是很重要的發展方向。IGBT素有“綠色經濟之核”的美譽，之所以備受青睞與其顯著的節能效果不無關系。車曉璐介紹，課題組分析7000多篇IGBT領域專利后有幾個發現：一是PT結構已經不是目前研究的重點;二是NPT器件的重點是改進基區和漂移區，以提高擊穿電壓;三是改進FS器件的緩沖層，充分發揮其調節作用。同時還注意到，目前出現同時具有溝槽柵和平面柵的雙柵結構。

　　“缺乏實力和經驗的小型企業，還可直接借鑒電力和自動化技術的全球領導廠商ABB公司的技術發展動態以及專利保護策略。”劉紅表示，ABB的專利申請態勢與功率半導體器件的各個技術分支的整體發展態勢一致性很強，是功率半導體器件領域的標桿式的企業。

　　國家知識產權局專利局電學發明審查部半導體一處副處長王興妍建議：“要充分利用已有的資源優勢，通過專利技術合作實現企業與企業、企業與科研院所之間的合作。”她表示，科研院所具有較強的技術實力，比如在IGBT領域的專利申請中，38%為大學和研究機構的申請，SiC(碳化硅)器件領域的申請，則達到52%。因此，企業和大學之間可通過產學研結合的方式互通有無，從而做強做大;企業之間，則可揚長避短，注重聯合，爭取形成國內功率半導體器件領域的技術聯盟，并構建專利池。這既有利于形成產業合力，又提高了抗風險能力。例如，在專利合作方面，ABB就曾與競爭對手克里公司共同合作開發SiC器件。

　　布局

　　從外圍專利抓起

　　相比國外掌握的有關功率半導體器件的核心技術，我國有不小差距。這是否意味著沒有必要申請外圍專利呢?

　　“突破核心專利的壁壘，最奏效的辦法就是研發核心技術。但是，對后起的企業來說，由于研發實力和經費投入有限，直攻核心專利難度較大，而利用外圍專利進行突圍，不失為一個比較好的策略。”王興妍表示，可以圍繞核心專利開展創新，大量申請圍繞核心專利的改進專利，對其形成包圍之勢。在市場上，這些外圍的“籬笆”可以就此形成“交叉許可”，從而獲得對核心專利的使用權。

　　COOLMOS(超結金屬氧化物半導體場效應晶體管)就是全球領先的半導體公司英飛凌利用他人核心專利為自己贏得市場和技術優勢的一個典型案例。國家知識產權局專利局電學發明審查部半導體一處審查員李介勝告訴記者，中國電子科技大學陳星弼院士的發明專利US5216275A是COOLMOS產品的核心專利，英飛凌雖然未掌握這個核心專利，但共引用47次，在其周圍形成一個龐大的外圍專利網。現今的COOLMOS市場中英飛凌占據了一半以上的份額。這種縝密的外圍專利布局進一步鞏固了英飛凌在該領域的市場地位，用來抵御他人對其專利的進攻并遏止競爭對手技術擴張。

　　李介勝介紹，英飛凌目前正在和多家半導體公司進行專利許可談判。這些談判對持續保護其知識產權和商業利益至關重要，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行的外圍專利布局戰略。

　　除了未雨綢繆的專利布局外，專利申請撰寫也是不容忽視的一個環節。

　　“在撰寫時需要明確合理的授權范圍，這方面也可以借鑒一下國外大公司的經驗，例如飛兆、三菱等。”王興妍告訴記者，對于獨立權利盡可能要求最大的保護范圍，對于圍繞獨立的若干從屬權利，則要逐層遞進，一步步進行限定，由此形成一個穩定的專利保護圈。這樣既有利于審查過程中的修改，也可在獨立權利要求無效時讓從屬權利及時補上從而保證專利權的穩定。