晶体管产业专利预警分析*

潘艳丽，施伟杰，吴 平，李富龙，叶青云

（1.广州华进联合专利商标代理有限公司 深圳分公司，广东 深圳518057；2.深圳晶源信息技术有限公司，广东 深圳518000）

晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等[1]．1956年，3 位美国物理学家因为共同发明晶体管而一起获诺贝尔物理学奖，在随后的半个多世纪，晶体管取得了举世瞩目的发展，被广泛应用于航天航空、军事、电视、手机、电脑等领域，成为现代电子学、微电子学的主要基石之一[2]．以晶体管为代表的高端新型电子元器件产业是广东省战略性新兴产业发展最有优势、创新最为活跃的领域之一．据广东省电子行业协会的数据统计，2015年度广东省电子元件制造业全年实现增加值1199 亿元，同比增长4.8%，电子器件制造业实现增加值983亿元，同比增长9.2%①http://www.gdeia.com/index.php?a=detail＆c=news＆id=2775.．此外，广东省聚集着一批从事电子通讯领域的行业龙头企业，因此，高端新型电子元器件产业在技术上的突破和发展对于促进广东省经济发展有着巨大的社会效益和经济价值，培育和发展该产业是广东省加快转型升级的重要抓手．

专利信息预警分析是指通过多种专利分析手段对专利信息进行深入分析，以此揭示行业内的技术分布、龙头企业或竞争对手技术分布等[3]．本文采用定量和定性相结合的方法对晶体管产业开展专利预警分析[4]，包括晶体管产业的专利申请态势、主要技术领域、技术空白点和重点专利申请人等，针对可能遇到的专利风险，提出广东省晶体管产业的发展建议．

1 专利数据采集说明

本文选择智慧芽专利检索数据库作为本次分析的数据来源，按照国家知识产权局《专利分析实务手册》制定检索策略并对检索数据进行除燥和标引[5]，检索专利时间截止是2018年5月31日，对于中国申请和中国公开产生多个文本的，仅保留最终的一个文本，由于从专利申请到专利公开一般需要1～3年时间，因此2016年之后的数据为不完整的．

2 晶体管专利预警分析

2.1 全球晶体管专利申请态势

在过去的半个多世纪，以晶体管为代表的电子元器件催生了集成电路的产生，进而在全球范围内推动了半导体电子产业的发展．如图1所示，从专利申请的阶段来看，1940年代至1960年代为晶体管专利申请的初始阶段，也即晶体管产业的缓慢发展期，1970年代至1990年代初期，晶体管产业处于第一快速发展阶段，1990年代后期至2013年，为第二快速发展阶段，2013年之后晶体管专利申请呈现下降态势．

图1 全球晶体管专利申请趋势图

1949年全球晶体管产业专利申请量为22 件，世界上第一只“PN 结型晶体管”于1950年问世，由此可以看出，晶体管产业发展之初就非常注重专利保护；1958年，第一块集成电路板问世，此阶段的专利申请量也出现了一个小幅度的增长，1957年专利申请量比1953年增长一倍，在1960年代期间，晶体管专利申请量处于平缓增长的趋势；伴随着1971年Intel 推出1kb 动态随机存储器（DRAM）、1988年16MDRAM 问世、1993年66MHz 奔腾处理器的出现，集成电路发展进入超大规模阶段，从1970年代到1990年代的30年间，晶体管专利的申请量开始加速增长，1970年专利申请量突破千件，2000年超过5000件；进入21 世纪，芯片生产工艺快速进步，晶体管专利申请量也呈现迅速增长态势，2005年突破1 万件，2013年接近1.5 万件．2013年之后，晶体管技术进入成熟期，专利申请量下降，但是作为半导体行业乃至电子行业的基础，晶体管的年均申请总量仍然数量庞大，仍然属于创新活跃的产业．

从表1中可以看出，日本、美国和中国是晶体管产业专利受理的主要国家，反映出这3 个国家是晶体管产业的主要市场消费国，这与全球半导体产业实际的市场分布情况相契合：自从晶体管在美国诞生以来，美国半导体产业一直具有其他地区无法复制的技术和变革优势；日本半导体产业紧随美国，采用专利技术转让以及合资等方式紧密追赶，并且在遭遇美国的技术封锁之后，“举国之力”来进行自主研发，通过政府主导的产学研项目实现了技术上的突破，带来了专利申请量的快速增长，于上个世纪七八十年代开启了日本半导体业的“黄金时代”；中国作为电子制造大国，一直是国外各大厂商进行专利布局的重点市场，为了实现技术自主创新，国内科研院校和本土企业在半导体产业一直持续研发，虽然在专利总体数量与日本、美国仍有差距，但是差距在逐渐的减小．

表1 全球各受理局晶体管及其主要技术分支专利申请量排名

2.2 晶体管IPC 技术领域分析

IPC 技术领域反映了专利申请的主要方向，通过IPC 分类可以判断某项技术的技术研发重点．从表2可以看出，全球晶体管专利IPC 排名前十位的主要技术领域分布在晶体管与集成电路、半导体相关的领域，其中，晶体管（H01L21/331）的专利数量超过4 万件，是目前晶体管产业的主要研发领域；半导体器件（H01L33/00）和场效应管（H01L29/78）的专利申请占比基本相同，是晶体管产业应用于集成电路的专利高产出区域；薄膜晶体管领域（H01L29/786）和双极结型晶体管领域（H01L29/73）占比均超过10%，属于潜在应用价值较大的领域．

2.3 技术空白点分析

如表3所示，晶体管技术产出集中在场效应晶体管、双极性晶体管和发光二级管等技术分支，美国和日本在前两个技术领域具有显著优势，而中国在发光二极管领域的专利申请量遥遥领先．在其他技术分支，我国在隧道二级管、稳压二极管、PIN二极管和肖特基二极管较为薄弱，美、日在这4 个技术领域具有领先优势，积累了较多专利，中国在雪崩二级管、整流二极管和开关二级管具有明显的专利申请优势．

表2 全球晶体管领域专利IPC 分布

表3 全球晶体管各技术分支申请人国家排名

表4为中国各省/市在晶体管各技术分支的专利分布情况，从表中可以看出，广东省在晶体管领域专利数量积累领先于其他省市，但仍有短板，专利申请主要集中在发光二极管和场效应晶体管，其他领域专利申请数量较少．在场效应晶体管、双极性晶体管、整流二极管和肖特基二极管细分技术领域，广东省的专利量与排名靠前的江苏省、浙江省和上海市等省市之间存在较大的差距．在开关二极管和隧道二极管细分技术领域，存在明显的技术空白．

表4 中国各省/市晶体管各技术分支专利申请量 （申请量/件）

2.4 重点专利申请人分析

表5为晶体管领域龙头企业的中国有效专利量及涉及领域，从表中可以看出，在晶体管的每个技术领域，都有国内高等院校和企业出现，有的国内专利权人排名较为靠前，有的在超过2 个的技术领域都有布局专利．中国科学院在发光二极管、场效应晶体管和双极性晶体管三个领域共布局接近400 件专利，上海华虹宏力半导体制造有限公司在肖特基二极管、双极性晶体管和场效应晶体管3 个领域布局专利超过300 件，由此可见，国内专利权人的总体创新能力在逐步提高．在场效应晶体管领域，中芯国际集成电路制造有限公司以373 件专利排在第一位，作为我国技术最全面、规模最大的集成电路制造企业，以及世界领先的集成电路晶圆代工企业之一，中芯国际从建立资深研发团队、国际产学研合作、重大科研项目等各个方面入手，在关键技术节点布局专利．

从表5中也可以看出，美国IBM、韩国三星公司和LG 公司、日本三菱公司和松下公司等巨头企业均非常注重在中国的专利布局，IBM 在双极性晶体管和场效应晶体管两个领域布局专利超过200 件，三星公司和LG 公司在发光二极管领域布局专利442 件．由于显示屏等发光器件以及大规模集成电路对发光二极管和场效应晶体管的需求，国外巨头们非常重视在这两个领域的专利布局，因此国内创新主体进入时需提前进行专利侵权风险分析，避免侵犯IBM、三星、LG 等公司的在先专利权；在肖特基二极管、双极性晶体管领域，国外专利权人布局的专利数量并不多，专利风险相对较低，是国内企业未来可以提前进行专利布局的技术领域．

表5 全球龙头企业中国专利技术布局列表（申请量/件）

3 结论与建议

选择智慧芽专利检索数据库对晶体管产业的全球申请态势、IPC 技术领域分布、全球及中国各省市晶体管技术空白点以及重点专利申请人进行专利分析，主要结论与建议包括以下3个方面：

1）加强专利布局方面．以晶体管为代表的国内新型电子元器件产业起步晚，发展慢，企业的研发投入整体落后于国外，核心技术较为缺乏．在国外产业巨头大力在我国进行专利布局的情况下，我国晶体管产业研发主体不仅要注重专利申请数量的提升，更要加大高质量专利的产出，从数量和质量2 个方面加强专利布局．广东省的晶体管专利申请总量虽然在国内领先，但是在开关二极管、隧道二极管等细分技术领域上存在明显的技术空白点较多，因此也需要加大空白点技术的专利布局．

2）促进区域协同创新．不同省市在晶体管产业的优势可以实现互补，如场效应晶体管、双极性晶体管、整流二极管和肖特基二极管等领域，可以通过区域合作实现资源互补．因此，建议广东省晶体管产业加大协同创新力度，与国内其他省市领先的企业和科研院校合作，对广东省晶体管产业薄弱环节和技术研发重点、难点进行协同创新和专利协同布局等．

3）建立专利预警机制．以晶体管为代表的高端新型电子元器件产业关系到广东省乃至全国的创新发展战略，鉴于国外巨头在该产业的专利布局数量和对核心技术的控制，晶体管产业的研发主体企业应建立专利预警机制，在技术研发前或产品出口前，针对具体技术进行专利检索，排查专利风险，对可能遇到的专利侵权风险采取规避处理，在加大技术研发强度的同时降低专利侵权风险．