中国大陆功率半导体专利大飞跃,日企如何竞争?

2016-05-12 19:42:39来源: 技术在线
    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。

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 (点击放大)
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。 (点击放大)
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。 (点击放大)

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。 (点击放大)

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。 (点击放大)
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。



图8:按技术类别(制造工艺)和申请人国籍统计的申请数量(在中国大陆申请的专利,申请年(优先权主张年):2003~2012年) (点击放大)
日本企业的发展方向,发挥优势确保竞争力

本次调查的结果表明,在功率半导体器件中,日本依然掌握着SiC基板和GaN基板的技术优势。这些基板材料适用于汽车和发电系统,日本应当面向这些用途进行开发。

而在MOSFET领域,中国正在积极开展研发。由此可以预计,中国厂商会在今后全面进军MOSFET领域,价格竞争将会愈演愈烈。因此,为了防止卷入MOSFET领域的价格竞争,日本企业应当尽快转型,转而开发传输设备和工业设备、电力系统使用的高端IGBT产品。

而且,在制造工艺方面,重要的是要在晶圆工艺上紧紧咬住中国厂商,在组装上发挥优势,以确保在中国市场上的竞争力。

关键字:半导体  专利

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2016051253944.html
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