产业专利分析报告功率半导体器件.pdf

http:/ I 目目 录录 报告内容概要.1 第 1 章 概 述.2 第 2 章 功率半导体器件领域专利分析.3 2.1 全球专利发展趋势分析.3 2.2 首次申请国家/地区分析.5 第 3 章 IGBT 领域专利申请分析.8 3.1 全球专利申请现状.8 3.1.1 发展趋势分析.8 3.1.2 IGBT 结构的技术发展路线.11 3.1.3 申请人分析.17 3.2 中国专利申请现状.20 3.2.1 中国专利申请概况.20 3.2.2 技术功效分析.21 第 4 章 SIC 器件专利申请分析.29 4.1 全球专利申请现状.30 4.1.1 技术生命周期分析.30 4.1.2 技术构成分析.35 4.2 MOSFET 栅氧化膜技术分析.36 4.2.1 发展路线分析.36 4.2.2 中国申请技术布局.41 第 5 章 英飞凌公司专利申请分析.44 5.1 首次申请及目标国家/地区分布.44 5.2 COOLMOS 核心专利分析.46 第 6 章 主要结论.50 6.1 功率半导体器件领域整体结论.50 6.2 IGBT 领域结论.51 6.3 SIC 器件领域结论.52 6.4 重点申请人结论.53http:/ 1 报告报告内容概要内容概要 功率半导体器件在其发展的初期（上个世纪 60-80 年代）主要应用于工业和电力系统。

近二十年来，功率半导体的应用已经渗透到国民经济与国防建设的各个领域随着世界各国对节能减排的需求越来越迫切，功率半导体已从传统的工业控制迈向新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等诸多行业国务院、发改委、工信部等部门均制定了一系列的政策来扶持功率半导体器件相关企业在市场竞争格局方面，在目前中国功率器件市场上，国外厂商占绝对优势本报告主要采用定量分析和定性分析相结合的方式，宏观上对功率半导体器件领域专利申请进行总体分析，微观上对关键技术 SiC 器件以及重要申请人英飞凌公司进行了重点分析本报告数据均采集自国家知识产权局专利检索与服务系统，数据截止时间为 2012 年 4月 30 日由于报告中专利文献的数据采集范围和专利分析工具的限制，加之水平有限，报告的数据、结论和建议仅供社会各界借鉴参考希望社会各界进一步利用报告，同时欢迎社会各界多多批评指正若有任何建议和意见，请您发送邮件至：感谢您的关注http:/ 2 第第1章章 概概 述述 功率半导体器件（Power Electronic Device）又称为电力电子器件和功率电子器件，是用于电能变换和电能控制电路中的大功率电子器件功率半导体器件是电力电子技术的基础，是电力电子设备的构成核心，它的特性和应用方法直接影响着电力电子系统的性能价格和可靠性。

功率半导体器件在电力电子技术中作为开关元件，应具有开关速度快、承受电流和电压能力大(即容量大)和工作损耗小等特性理想的电力电子半导体器件在断态时应能承受很高的电压，并且漏电流很小；在通态时能有很高的电流密度，并且压降很低；在断态和通态间又能很快地转换；在导通时能限制电流的上升率，在电路事故状态下无需外电路元件的帮助也能限制电流电力电子技术发展，不仅要求电力半导体器件具有自关断的特性，以简化控制电路；而且还要求电力电子器件可集驱动、保护为一体，多元件封装在一个模块中，以进一步简化电路，提高运行的可靠性现代电力电子技术无论对电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等传统工业，还是对航天、激光、通信、机器人等高新技术产业都至关重要应用领域几乎涉及到国民经济的各个部门，如图 1-1 所示近几年西方发达国家尽管总体经济的发展速度较慢，但电力电子技术却一直保持着较快增长图 1-1 功率半导体器件的应用领域 http:/ 3 第第2章章 功率功率半导体半导体器件领域专利分析器件领域专利分析 本章中，基于功率半导体器件领域的全球专利申请，对该领域的专利申请技术进行综合性分析本章涉及专利申请 38632 项，截止日期为 2012 年 4 月 30 日。

2.1 全球专利全球专利发展趋势发展趋势分析分析 图 2-1-1 示出了功率半导体器件全球专利申请的发展趋势可以看出，全球功率半导体器件领域专利申请总体态势可分为以下四个阶段图 2-1-1 中的饼形图显示了各类功率半导体器件所占的比例，其中申请量最大的是功率场 MOSFET，占比达到 29%其次是技术发展较早的双极晶体管，接着便是目前研发及市场的热点器件绝缘栅双极晶体管（IGBT），其出现时间较晚，但发展速度较快，目前的占比已经达到 18%，晶闸管及二极管的占比相对较小图 2-1-1 中的条形图分别显示了各个阶段中各类功率半导体器件的占比，随着时间的变化，专利申请的侧重点也有明显的不同1、萌芽期（19621979 年）这一阶段申请量较少但已开始逐年提升，从起始的几项申请发展到该阶段后期的 200项以上这个阶段的专利申请主要集中在第一代功率半导体器件二极管、晶闸管，以及 70年代出现的第二代功率半导体器件大功率双极晶体管，仅有少量涉及 MOSFET 的专利申请，其中双极晶体管发展速度较快，从 1973 年开始申请量已超过百项，而同一时期的 MOSFET发展相对缓慢，申请量所占的比重较小，仅有 8%，而 IGBT 尚未出现。

2、技术成长期（19801988 年）：从 1980 年开始，申请量突破 500 项且发展迅速，并于 1988 年达到了 1366 项这个阶段申请量的大幅增加主要源自双极晶体管的迅猛发展，其在该阶段所占的比例相比萌芽期进一步提升，达到了 43同时 MOSFET 的占比缓慢增加，80 年代出现的 IGBT 也逐步发展起来，但总的申请量还较少，占比仅有 5晶闸管的占比较大幅度地减少，由 35%降至21%，而二极管的占比变化不大http:/ 4 图 2-1-1 功率半导体器件全球发展趋势 3、调整期（19891999 年）：这一阶段，专利申请量较峰值虽有所回落，但年申请量仍然维持在 1200 项左右，期间MOSFET 在功率半导体器件市场中的强势表现激发了行业的研发热情，产生了大量的专利申请，其占比也从上阶段的 13大幅增加至 30同时 IGBT 也有了长足的发展，两者的发展极大地压缩了双极晶体管的市场，这一阶段双极晶体管的专利申请出现了较大幅度的回落（参见图 2-1-2），年申请量由 1989 年的 609 项迅速下降至 1999 年的 214 项4、快速发展期（2000 年至今）：2000 年开始，功率半导体器件进入一个较快速的发展阶段，并于 2007 年达到峰值（1815项），随后受累于全球经济的不景气，申请量有明显的回落，2009 年的申请量降至 1395 项。

当前的功率半导体器件市场中 MOSFET 占据较大的份额，IGBT 则在逐步拓展应用领域，发展迅速，在高耐压领域晶闸管仍具有较明显的优势，而大功率双极晶体管的应用领域被进一步压缩，这基本一致于快速发展期的各类功率半导体器件的占比，MOSFET、IGBT优势明显，双极晶体管占比大幅较少，而晶闸管二极管变化不大，二极管占比略高于晶闸管，这与近些年碳化硅二极管的技术发展及逐步商业化有一定的关系图 2-1-2 示出了各类功率半导体器件的年申请量变化图MOSFET 及 IGBT 处于较快速的发展阶段，两者的发展趋势极其类似双极晶体管在经历了一个高速发展阶段，于 1988年达到峰值的 663 项，随后开始大幅下降，2009 年申请量为 96 项，仅为峰值时的 1/6，已经成为近几年申请量最低的一类器件，而晶闸管及二极管仍然在持续地平稳地发展http:/ 5 图 2-1-2 各类功率半导体器件历年申请量 2.2 首次申请首次申请国家国家/地区分析地区分析 图 2-2-1 示出了功率半导体器件首次申请的国家/地区分布情况其中日本申请人的申请量最大，达到 24181 项，其次是美国申请人，申请量为 5816 项。

中国申请人的申请量位于第三位，申请量为 2091 项接下来是韩国和德国申请人，申请量分别为 1922 项和 1791 项日本申请人的申请量虽然最多，但从多边申请的角度看，其多边申请量为 4663 项，仅占首次申请量的 19%，远低于德国和美国的多边申请的比例（65%和 49%），也低于韩国申请人的多边申请的比例（31%）中国申请人的申请量虽然位于第三位，但多边申请量非常低，仅占首次申请量的 4%中国是功率半导体器件领域近几年申请最活跃的国家/地区，近五年申请量占总申请量的 84%这一方面表明了中国作为功率半导体器件领域的研究还处于起步阶段，另一方面也表明了中国在功率半导体器件领域技术的蓬勃发展以及投入的增大，这将为未来的技术进步打下坚实的基础美国申请人近 5 年申请也相对活跃，近五年申请量占总申请量的 22%，表现出其对功率半导体器件技术研究和申请的持续性日本和德国申请人最近 5 年的申请比例相对较低，近五年申请量占总申请量的比例分别为 15%和 14%，其技术相对比较成熟http:/ 6 从首次申请国家/地区的技术分支情况看，日本申请人对各种功率半导体器件关注度比较平均，其中对双极晶体管的申请比例最高，为 29%；其次为 MOSFET 器件，占总申请量的 24%；对于新兴的 IGBT 器件，其申请量占总申请量的 19%。

美国申请人则是 MOSFET器件的申请量大，占总申请量的 43%；其次为晶闸管，占总申请量的 16%美国申请人对IGBT 的申请比例相对日本申请人较少，申请量占总申请量的 15%中国申请人的技术分布与美国申请人相似，申请比例最大的为 MOSFET 器件，占 41%；其次为晶闸管，占申请总量的 21%中国申请人对 IGBT 器件的申请比例较低，占总申请量的 12%德国申请人的专利申请技术分布也较为平均，其中申请量最多的为晶闸管，占申请总量的 28%，MOSFET器件和 IGBT 器件分别占申请总量的 23%和 22%可见德国申请人对高耐压功率半导体器件的申请相对较多韩国申请人申请的技术分支中 MOSFET 器件占了总申请量的 51%，其次为双极晶体管器件，占了总申请量的 25%韩国申请人对 IGBT 器件的申请量相对其他国家/地区，占总申请量的比例最低，仅为 7%比较可知，各国家/地区对各种功率半导体器件的研究投入有所不同，美国、中国和韩国 MOSFET 的申请量最多而日本和德国申请人则投入相对平均图 2-2-1 全球功率半导体器件首次申请国家/地区分布 图 2-2-2 示出了日本申请人对各技术分支的申请量年变化趋势。

虽然日本申请人对双极晶体管的申请很多，但在 1984 年出现峰值之后，申请量一直呈下降趋势，1996 年后年申请量降低到 100 件以下，并呈逐年下降趋势，近几年已经不再活跃相反 IGBT 器件最近几年的申请相对活跃，20062010 年的申请量占总申请量的 32%；MOSFET 器件自 1992 年申请量达到 200 件后，基本维持稳定上升的趋势，2008 年后申请量有所下降MOSFET 器件申请的活跃度仅次于 IGBT，20062010 年的申请量占总申请量的 22%MOSFET 和 IGBT 器http:/ 7 件是日本申请人最近几年的重点研究领域图 2-2-2 功率半导体器件日本首次申请各技术分支的年申请量变化 http:/ 8 第第3章章 IGBT领域专利申请分析领域专利申请分析 IGBT 作为一种新型的功率半导体器件，一直备受业界关注同时体现在全球专利申请数据和中国专利申请数据上，IGBT 领域的专利申请虽然起步较晚，但近年来一直保持迅猛增长势头，且各大公司也纷纷加大投入，将其作为重点研发方向因此在本报告中选取 IGBT领域作为关键技术领域进行重点研究在本章中将针对 IGBT 领域的专利申请状况进行分析，通过分析 IGBT 领域的产业技术状况，采用技术生命周期、技术发展路线、首次申请国及目标申请国分析、申请人分析等分析方法，研究了 IGBT 的全球以。