功率半導體器件是用來進行電力轉換和供應的半導體元件，從汽車、鐵路等工業(yè)設備到空調、冰箱等消費類產(chǎn)品，用途十分廣泛。中國的經(jīng)濟發(fā)展日新月異，應對能源 需求的擴大是當務之急，已經(jīng)成為了功率半導體器件的消費大國。因此，在日本、美國、歐洲的功率半導體器件廠商進駐中國的同時，中國廠商也實現(xiàn)快速發(fā)展，各 國廠商展開了激烈的開發(fā)競爭。這使得在中國申請的功率半導體器件技術專利也出現(xiàn)了激增。

　　在此背景下，日本專利廳通過“2014年專利申請技術動向調查”，對中國功率半導體器件專利的申請動向進行調查和分析，搞清了在中國開展業(yè)務的世界各國半導體廠商的實際情況(PDF格式的調查報告概要)。本文將介紹本次調查的主要內(nèi)容。

　　圖1為本次調查的技術總覽圖。本次調查首先按照(1)基板材料、(2)元件種類、(3)制造流程，將功率半導體器件技術大致分類，然后對每個項目又進行了細分。

　　圖1：技術總覽

　　按申請人國籍統(tǒng)計的專利申請數(shù)量的變化：中國廠商申請數(shù)量激增

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

　　圖2：按申請人國籍統(tǒng)計的申請數(shù)量推移及比例(在中國大陸申請的專利，申請年(優(yōu)先權主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因為數(shù)據(jù)庫錄入延遲，PCT申請向各國轉移的時間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。 (點擊放大)

　　中國以Si基板的技術開發(fā)為中心

　　按照基板材料統(tǒng)計專利申請數(shù)量(參照圖1的(1))，在2003～2012年期間，日本籍申請人申請的使用Si(硅)作為基板材料的技術專利合計為497件(占在中國申請總數(shù)的25.2%)。而中國籍的申請數(shù)量為729件(37.0%)，約為日本籍的1.5倍(圖3)。

　　圖3：按申請人國籍統(tǒng)計的Si基板專利的申請數(shù)量推移及比例(在中國大陸申請的專利，申請年(優(yōu)先權主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因為數(shù)據(jù)庫錄入延遲，PCT申請向各國轉移的時間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。 (

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

　　圖4：按申請人國籍統(tǒng)計的SiC基板專利的申請數(shù)量推移及比例(在中國大陸申請的專利，申請年(優(yōu)先權主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因為數(shù)據(jù)庫錄入延遲，PCT申請向各國轉移的時間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。

　　圖5：按申請人國籍統(tǒng)計的GaN基板專利的申請數(shù)量推移及比例(在中國大陸申請的專利，申請年(優(yōu)先權主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因為數(shù)據(jù)庫錄入延遲，PCT申請向各國轉移的時間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。 (點擊放大)

　　MOSFET開發(fā)一舉取得進展

　　按 照元件種類(參照圖1(2))進行統(tǒng)計，在MOSFET*元件專利方面，日本籍為679件(占在中國申請總數(shù)的26.9%)，中國籍為677件 (26.9%)，數(shù)量基本相當(圖6)。不過，在2008年之后，中國籍的申請數(shù)量開始增加，2011年之后的申請數(shù)量超過了日本籍。在IGBT*專利方 面，日本籍為527件(44.9%)，中國籍為267件(22.7%)(圖7)。中國的申請數(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，一般用作中小耐壓器件，應用非常廣泛。

　　*IGBT=Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫，能夠在高電壓、大電流環(huán)境下，以低導通電阻進行工作。常用于空調等消費類家電，工業(yè)設備、汽車、鐵路。

　　圖6：按申請人國籍統(tǒng)計的MOSFET專利的申請數(shù)量推移及比例(在中國大陸申請的專利，申請年(優(yōu)先權主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因為數(shù)據(jù)庫錄入延遲，PCT申請向各國轉移的時間差等原因，可能未涵蓋所有數(shù)據(jù)。

　　圖7：按申請人國籍統(tǒng)計的IGBT專利的申請數(shù)量推移及比例(在中國大陸申請的專利，申請年(優(yōu)先權主張年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因為數(shù)據(jù)庫錄入延遲，PCT申請向各國轉移的時間差等原因，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都在中國掀起了研發(fā)熱潮。為了更詳細地進行分析，我們比較了2012年MOSFET和IGBT 的申請數(shù)量，日本籍的申請數(shù)量基本相同，而中國籍申請的MOSFET專利較多。從2008年～2012年期間中國籍申請專利的增加數(shù)量來看，也是 MOSFET的數(shù)量較多。這可以認為是中國將發(fā)展的重心放在了MOSFET上面。

　　中國在晶圓工藝上展現(xiàn)優(yōu)勢

　　按照 申請人國籍統(tǒng)計每種制造工藝(參照圖1(3))專利的申請數(shù)量，在介電膜形成、金屬膜形成、蝕刻等晶圓工藝方面，日本籍的申請數(shù)量少于中國籍。而在芯片焊 接、引線鍵合和封裝處理等組裝方面，日本籍的申請數(shù)量多于中國籍(圖8)。由此可知，中國在晶圓工藝研發(fā)上的投入大于組裝。

　　圖8：按技術類別(制造工藝)和申請人國籍統(tǒng)計的申請數(shù)量(在中國大陸申請的專利，申請年(優(yōu)先權主張年)：2003～2012年)

　　日本企業(yè)的發(fā)展方向，發(fā)揮優(yōu)勢確保競爭力

　　本次調查的結果表明，在功率半導體器件中，日本依然掌握著SiC基板和GaN基板的技術優(yōu)勢。這些基板材料適用于汽車和發(fā)電系統(tǒng)，日本應當面向這些用途進行開發(fā)。

　　而在MOSFET領域，中國正在積極開展研發(fā)。由此可以預計，中國廠商會在今后全面進軍MOSFET領域，價格競爭將會愈演愈烈。    因此，為了防止卷入MOSFET領域的價格競爭，日本企業(yè)應當盡快轉型，轉而開發(fā)傳輸設備和工業(yè)設備、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廠商，在組裝上發(fā)揮優(yōu)勢，以確保在中國市場上的競爭力。(專利廳總務部企劃調查課 專利廳審查第四部審查調查室)