中国大陆功率半导体专利大飞跃，日企如何竞争？

作者：时间：2016-05-12 来源：技术在线收藏

编者按：功率半导体器件是日本的优势领域，如今在这个领域，中国的实力正在快速壮大。日本要想在这个领域继续保持强大的竞争力，重要的是大力研发SiC、GaN、组装等关键技术，以确保日本的优势地位，并且向开发高端IGBT产品转型，以避开MOSFET领域的价格竞争。

功率半导体器件是用来进行电力转换和供应的半导体元件，从汽车、铁路等工业设备到空调、冰箱等消费类产品，用途十分广泛。中国的经济发展日新月异，应对能源需求的扩大是当务之急，已经成为了功率半导体器件的消费大国。因此，在日本、美国、欧洲的功率半导体器件厂商进驻中国的同时，中国厂商也实现快速发展，各国厂商展开了激烈的开发竞争。这使得在中国申请的功率半导体器件技术专利也出现了激增。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/201605/291022.htm

　　在此背景下，日本专利厅通过“2014年专利申请技术动向调查”，对中国功率半导体器件专利的申请动向进行调查和分析，搞清了在中国开展业务的世界各国半导体厂商的实际情况(PDF格式的调查报告概要)。本文将介绍本次调查的主要内容。

　　图1为本次调查的技术总览图。本次调查首先按照(1)基板材料、(2)元件种类、(3)制造流程，将功率半导体器件技术大致分类，然后对每个项目又进行了细分。

　　图1：技术总览

　　按申请人国籍统计的专利申请数量的变化：中国厂商申请数量激增

　　2008年之前，在中国申请的功率半导体器件技术专利一直维持在每年300～400件左右，从2009年起，申请数量开始激增，2011年为900件，2012年超过850件。其中，日本、中国、欧洲籍的申请数量增长最快，中国籍的增长尤为显著(图2)。

　　图2：按申请人国籍统计的申请数量推移及比例(在中国大陆申请的专利，申请年(优先权主张年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因为数据库录入延迟，PCT申请向各国转移的时间差等原因，可能未涵盖所有数据。 (点击放大)

　　中国以Si基板的技术开发为中心

　　按照基板材料统计专利申请数量(参照图1的(1))，在2003～2012年期间，日本籍申请人申请的使用Si(硅)作为基板材料的技术专利合计为497件(占在中国申请总数的25.2%)。而中国籍的申请数量为729件(37.0%)，约为日本籍的1.5倍(图3)。

　　图3：按申请人国籍统计的Si基板专利的申请数量推移及比例(在中国大陆申请的专利，申请年(优先权主张年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因为数据库录入延迟，PCT申请向各国转移的时间差等原因，可能未涵盖所有数据。 (

　　使用SiC(碳化硅)基板的技术专利方面，日本籍为284件(占在中国申请总数的50.4%)，中国籍为84件(14.9%)，使用GaN(氮化镓)基板的技术专利方面，日本籍为268件(47.5%)，中国籍为86件(15.2%)(图4，图5)。通过分析中日申请的基板材料专利可以看出，日本正在向开发 SiC基板和GaN基板技术转型，而中国尚处在以Si基板为中心的阶段。

　　图4：按申请人国籍统计的SiC基板专利的申请数量推移及比例(在中国大陆申请的专利，申请年(优先权主张年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因为数据库录入延迟，PCT申请向各国转移的时间差等原因，可能未涵盖所有数据。

　　图5：按申请人国籍统计的GaN基板专利的申请数量推移及比例(在中国大陆申请的专利，申请年(优先权主张年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因为数据库录入延迟，PCT申请向各国转移的时间差等原因，可能未涵盖所有数据。 (点击放大)

　　MOSFET开发一举取得进展

　　按照元件种类(参照图1(2))进行统计，在MOSFET*元件专利方面，日本籍为679件(占在中国申请总数的26.9%)，中国籍为677件 (26.9%)，数量基本相当(图6)。不过，在2008年之后，中国籍的申请数量开始增加，2011年之后的申请数量超过了日本籍。在IGBT*专利方面，日本籍为527件(44.9%)，中国籍为267件(22.7%)(图7)。中国的申请数量同样是在2008年之后开始增加。

　　*MOSFET=Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的缩写，可以高速开关，一般用作中小耐压器件，应用非常广泛。

　　*IGBT=Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，能够在高电压、大电流环境下，以低导通电阻进行工作。常用于空调等消费类家电，工业设备、汽车、铁路。

　　图6：按申请人国籍统计的MOSFET专利的申请数量推移及比例(在中国大陆申请的专利，申请年(优先权主张年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因为数据库录入延迟，PCT申请向各国转移的时间差等原因，可能未涵盖所有数据。

　　图7：按申请人国籍统计的IGBT专利的申请数量推移及比例(在中国大陆申请的专利，申请年(优先权主张年)：2003～2012年)

　　注：2011年以后因为数据库录入延迟，PCT申请向各国转移的时间差等原因，可能未涵盖所有数据。

　　由此可以看出，大约从2008年开始，MOSFET与IGBT都在中国掀起了研发热潮。为了更详细地进行分析，我们比较了2012年MOSFET和IGBT 的申请数量，日本籍的申请数量基本相同，而中国籍申请的MOSFET专利较多。从2008年～2012年期间中国籍申请专利的增加数量来看，也是 MOSFET的数量较多。这可以认为是中国将发展的重心放在了MOSFET上面。

　　中国在晶圆工艺上展现优势

　　按照申请人国籍统计每种制造工艺(参照图1(3))专利的申请数量，在介电膜形成、金属膜形成、蚀刻等晶圆工艺方面，日本籍的申请数量少于中国籍。而在芯片焊接、引线键合和封装处理等组装方面，日本籍的申请数量多于中国籍(图8)。由此可知，中国在晶圆工艺研发上的投入大于组装。