我国功率半导体器件产业发展趋势分析

　　从手机、电视、洗衣机到高速列车，均离不开电能;无论是水电、核电、火电还是风电，甚至各种电池提供的化学电能，大部分均无法直接使用，需要由功率半导体器件进行功率变换以后才能供设备使用。

　　同时，功率半导体的特性和应用方法也直接影响着电力电子系统的性能价格和可靠性，其构成的能量转换装置的效率也是影响节能的重要因素之一。

　　正因为如此，近年来随着环保和节能减排需求的增加，功率半导体器件逐渐走进大众的视野，成为世界各国争夺的目标。我国功率半导体器件的技术特点及专利布局如何，发展趋势怎样，又当如何应对？记者采访了国家知识产权局的有关专家，对此进行了详细解读，请读者关注。

　　前提

　　知彼知己细思量

　　俗话说，“知己知彼，百战不殆”。专利是世界上最大的技术信息源，实证统计分析，专利包含了世界科技信息的90%至95%。在功率半导体器件领域，我国的专利竞争格局是怎样的？

　　从专利申请主体和申请侧重点看，日本、美国遥遥领先，其中日本原创申请(24181项)占总申请的63%，远远超过其他国家申请，在申请量上基本处于垄断地位，其专利申请侧重于双极晶体管以及MOSFET(金氧半场效晶体管);美国申请量位居次席，专利申请主要集中在MOSFET，而其他几个分支发展比较均衡;中国是近5年最活跃的国家，中国申请人在功率半导体器件领域的申请量占中国总申请量的比例高达84%，发展非常迅速，专利申请侧重于MOSFET及晶闸管，但多边申请比例很低，尚不足4%。

　　“从国内外专利申请状况可以看出，中国目前对于功率器件的核心技术的掌握相比国外企业来说非常少，中国与欧美、日本企业之间掌握核心技术的差距仍然较大。”国家知识产权局专利局电学发明审查部半导体一处审查员王琳说，随着经济的进一步发展以及对节能减排的迫切需求，功率半导体器件的地位越来越重要，国际知名功率半导体企业无不积极抢占市场份额。

　　“以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为例，它曾被视为功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品。然而目前中国IGBT市场90%以上被国外厂商垄断。”王琳坦言，从上世纪90年代起，国内不少研究机构就开始研究IGBT，陆续获得了一些成果，并开始申请相关专利，但是在材料、设计、制造、测试各环节都存在很大困难，离产业化还有一定的距离。尤其是在IGBT的应用基础研究深度方面，我国与国际先进水平相比差距至少为5至10年，综合实力方面的差距也约为10至15年。

　　国家知识产权局专利局电学发明审查部半导体一处审查员刘红表示，总体上看，无论技术、设备还是人才，相对于欧美和日本来说，中国目前还处于全方位的落后状态。生产强设计弱、缺少核心专利等是造成上述现状的重要因素。

　　战术

　　紧跟热点整合优势

　　“功率半导体技术正朝着高温、高频、低功耗、高功率容量以及智能化、系统化方向发展，新结构、新工艺硅基功率器件正不断出现并逼近硅材料的理论极限，新材料功率半导体器件也不断走向成熟。”刘红说，无论是综合实力强大的企业还是研发实力较弱的小型企业，都应及时了解行业的技术状况，积极根据专利申请态势，有效调整研发重点，以免落伍。

　　“近10年(2001~2010年)来每年全球专利申请量都在1500项左右。尤其是MOSFET和IGBT处于快速发展阶段，两者在近10年的申请量占比达到67%。”国家知识产权局专利局电学发明审查部半导体一处审查员车晓璐告诉记者，从功率器件的产品结构看，在专利申请数量上，无论是全球专利数据还是中国专利数据，与MOSFET和IGBT技术相关的专利申请量要大幅超过其他一级技术分支。在中国二者的申请量也分别占总申请量的43%和19%，这表明这些技术正是目前研究的热点和今后的发展方向。

　　节能环保是很重要的发展方向。IGBT素有“绿色经济之核”的美誉，之所以备受青睐与其显著的节能效果不无关系。车晓璐介绍，课题组分析7000多篇IGBT领域专利后有几个发现：一是PT结构已经不是目前研究的重点;二是NPT器件的重点是改进基区和漂移区，以提高击穿电压;三是改进FS器件的缓冲层，充分发挥其调节作用。同时还注意到，目前出现同时具有沟槽栅和平面栅的双栅结构。

　　“缺乏实力和经验的小型企业，还可直接借鉴电力和自动化技术的全球领导厂商ABB公司的技术发展动态以及专利保护策略。”刘红表示，ABB的专利申请态势与功率半导体器件的各个技术分支的整体发展态势一致性很强，是功率半导体器件领域的标杆式的企业。

　　国家知识产权局专利局电学发明审查部半导体一处副处长王兴妍建议：“要充分利用已有的资源优势，通过专利技术合作实现企业与企业、企业与科研院所之间的合作。”她表示，科研院所具有较强的技术实力，比如在IGBT领域的专利申请中，38%为大学和研究机构的申请，SiC(碳化硅)器件领域的申请，则达到52%。因此，企业和大学之间可通过产学研结合的方式互通有无，从而做强做大;企业之间，则可扬长避短，注重联合，争取形成国内功率半导体器件领域的技术联盟，并构建专利池。这既有利于形成产业合力，又提高了抗风险能力。例如，在专利合作方面，ABB就曾与竞争对手克里公司共同合作开发SiC器件。

　　布局

　　从外围专利抓起

　　相比国外掌握的有关功率半导体器件的核心技术，我国有不小差距。这是否意味着没有必要申请外围专利呢?

　　“突破核心专利的壁垒，最奏效的办法就是研发核心技术。但是，对后起的企业来说，由于研发实力和经费投入有限，直攻核心专利难度较大，而利用外围专利进行突围，不失为一个比较好的策略。”王兴妍表示，可以围绕核心专利开展创新，大量申请围绕核心专利的改进专利，对其形成包围之势。在市场上，这些外围的“篱笆”可以就此形成“交叉许可”，从而获得对核心专利的使用权。

　　COOLMOS(超结金属氧化物半导体场效应晶体管)就是全球领先的半导体公司英飞凌利用他人核心专利为自己赢得市场和技术优势的一个典型案例。国家知识产权局专利局电学发明审查部半导体一处审查员李介胜告诉记者，中国电子科技大学陈星弼院士的发明专利US5216275A是COOLMOS产品的核心专利，英飞凌虽然未掌握这个核心专利，但共引用47次，在其周围形成一个庞大的外围专利网。现今的COOLMOS市场中英飞凌占据了一半以上的份额。这种缜密的外围专利布局进一步巩固了英飞凌在该领域的市场地位，用来抵御他人对其专利的进攻并遏止竞争对手技术扩张。

　　李介胜介绍，英飞凌目前正在和多家半导体公司进行专利许可谈判。这些谈判对持续保护其知识产权和商业利益至关重要，而用于谈判的筹码就是英飞凌多年累积的核心专利以及围绕自己或他人的核心专利所进行的外围专利布局战略。

　　除了未雨绸缪的专利布局外，专利申请撰写也是不容忽视的一个环节。

　　“在撰写时需要明确合理的授权范围，这方面也可以借鉴一下国外大公司的经验，例如飞兆、三菱等。”王兴妍告诉记者，对于独立权利尽可能要求最大的保护范围，对于围绕独立的若干从属权利，则要逐层递进，一步步进行限定，由此形成一个稳定的专利保护圈。这样既有利于审查过程中的修改，也可在独立权利要求无效时让从属权利及时补上从而保证专利权的稳定。