直播回顾 | 半导体行业专利态势分析

随着全球科技产业的快速发展,芯片制造技术的重要性与日递增。2021年是“十四五”开局之年,全国各地都制定了相关集成电路产业规划,并提出了2025年产业规模目标。据估计,到2025年,我国集成电路产业规模(设计、制造、封测、设备、材料)将高达4万亿元。

在此背景之下,“知产前沿”线上直播特别邀请爱集微知识产权总监刘婧女士,在4月12日以“年度观察之半导体行业专利态势分析”为主题进行直播分享。

讲座中,刘婧女士分析了近年来我国半导体行业的发展趋势,解读了半导体行业的专利布局状况等热点问题,同时,还介绍半导体行业专利运营及应用现状。知产前沿现将本次直播内容整理成文,供各位读者朋友参考学习。

一、半导体产业基础知识

半导体是电子信息产业的底层基础

半导体(集成电路)是电子信息产业中必不可少的一环,也是下游各类电子设备繁荣和延续的基础。

集成电路是最主要的半导体产品

半导体器件指的是用半导体材料制成的具有一定功能的器件。

半导体器件主要分为集成电路、分立器件、光电器件和传感器四大类产品,其中集成电路是最主要的产品,也是产业规模最大的产品。

集成电路(Integrated Circuit)

集成电路简称IC,是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。

集成电路具有体积小,重量轻,因出现和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。

它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的运用。用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。

分立器件

二极管:由半导体材料制成,内部含有一个PN结,具有单向导电特性的两极器件,可用于整流、检波、混频、开关和稳压等。属于最基本的半导体器件。

三极管:内部含有两个PN结,外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用,在电子器件中应用十分广泛。

MOSFET:金属-氧化层-半导体-场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor),是一种可以广泛使用在类比电路与数位电路的场效晶体管,可以说是目前应用范围最广泛的半导体器件。

半导体、集成电路、芯片

  • 导电能力介于导体和绝缘体之间, 叫做半导体。
  • 可制造各种不同用途的半导体器件,如半导体二极管、三极管等。
  • 半导体器件制作集成电路。
  • 集成电路再封装成芯片。

市场持续火爆,全球半导体行业销售额将持续大幅增长

近年来,全球半导体市场规模在不断增长,2021年全球半导体行业销售额总计5559亿美元,创历史新高,与2020年的4404亿美元相比增长 26.2%。

随着芯片公司在全球芯片短缺的情况下提高产量以满足高需求,该行业在2021年出货了创纪录的1.15万亿个半导体单元。2021年全球半导体市场年增长率达到25.6%,预计2022年将继续增长8.8%,半导体行业未来可期。

我国正在承接半导体行业第三次产业转移

半导体行业自出现到兴起,一共经历了三次产业转移

1.起源,美国,垂直整合模式

1950s,半导体行业于起源于美国。

2.第一次产业转移,美国→日本,IDM模式

1970s,家电行业兴起,美国将装配产业转移到日本,半导体产业转变为IDM(IntegratedDeviceManufacture,集成器件制造)模式,即负责从设计、制造到封装测试所有的流程。

3.第二次产业转移,美日→韩国、台湾地区,代工模式

1990s,随着PC行业兴起,存储产业从美国转向日本后又开始转向了韩国,同时,台湾开启了晶圆代工(Foundry)模式, 形成设计(Fabless)→制造(Foundry)→封测(OSAT) 三大环节。

4.第三次产业转移,全球--->中国大陆

2010s,随着大陆智能手机品牌全球市场份额持续提升,催生了对半导体的强劲需求,加之国家对半导体行业的大力支持以及人才、技术、资本的产业环境不断成熟,全球半导体产业酝酿第三次产业转移,即向大陆转移趋势逐渐显现。

我国逐步转向“大设计-中制造-中封测”的中高水平发展

半导体行业最重要的三个环节为设计、制造、分装,目前,我国正在逐步转向“大设计-中制造-中封测”的中高水平发展阶段。

二、半导体行业发展困境

上游材料

  • 芯片的原材料是硅,硅是地壳里含量最多的元素(沙子)。
  • 沙子提纯成多晶硅,纯度则需要11个9(99.9999999%),俗称电子级多晶硅。此项工作技术含量极高。
  • 电子级多晶硅经过一系列拉晶、打磨、切片等等,加工成“单晶硅”,进而加工成单晶硅片。

中游设计制造

中游设计制造环节,是半导体行业附加值最高的环节,也是我国与发达国家目前差距较大的环节。

  • 半导体产业链的中游,分两大环节。一个是IC设计,一个是晶圆制造。
  • 晶圆制造是指晶圆厂根据IC设计给的电路图纸,将大规模集成电路,通过光刻机蚀刻到大硅片上,制成具体的芯片。
  • 光刻机原理用紫外线激光在大硅片上做极细微的电路雕刻。当前最先进的芯片制程是7nm(在硅片上雕刻的电路间隔只有7纳米大小,相当于一根头发的万分之一)。我国目前最先进的芯片制造工艺是14纳米,差距还是比较大的。
  • 技术更新换代快。根据摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18 - 24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,从而要求集成电路尺寸不断变小。

下游封测

  • 封装技术经历了引线框架(DIPSOPQFPQFN)→WBBGA(焊线正装)→FCBGA(倒装)→WLP(晶圆级封装)的发展过程,可容纳的I/O数越来越多,封装的厚度和尺寸越来越小。
  • 集成化越来越高,呈现出两种集成路径,一是moremoore,即在设计和制造端将多个功能的系统集成在一个芯片上,即SOC技术(Systemonchip);二是morethanmoore,即是在封测端将多个芯片封装成一个,即SIP技术(SysteminPackage)。
  • 封装技术门槛相对较低,国内发展基础相对较好,所以封测业追赶速度比设计和制造更快。

早期辉煌

  • 1965年,我国第一块硅基数字集成电路(芯片)研制成功,起步基本跟欧美国家在同一水平线,中科院研制出65型接触式光刻机。
  • 1976年中科院109厂(现中科院微电子研究所)研究出1000万次的大型电子计算机。
  • 1978年,美国GCA公司推出世界第一台商品化的分步式投影光刻机——DSW4800,光刻精度3微米左右。1980年,清华大学研制成功第四代分步式投影光刻机,光刻精度达到3微米,接近国际主流水平。
  • 1980年之前,我国半导体行业的发展一直紧随国际前沿水平。

后期追赶

  • 1980年之后,由于国外芯片性能更好,且价格便宜,出现了“进口替代制造”的现象,我国半导体研发的脚步也趋于缓慢。
  • 但我国也没有停止半导体的研发。1990年,我国开始了“908工程”,差不多20多亿。1993年无锡华晶生产出我国第一块256K DRAM(动态随机存取存储器)。1997年,无锡华晶投产,技术路线源自于日本,“建成即落后”。当时韩国的芯片技术,特别是DRAM技术已经大幅度领先于美国和日本。
  • 1999年9月上海华虹引进日本DRAM企业NEC,量产了64M的DRAM,但同样产品三星在1992年就生产出来了。都是采用“市场换技术”的模式。
  • 2004年中芯国际建立了国内第一家12寸晶圆厂,开始进军DRAM领域。到了2008年,中芯国际基本 占了国内30%的DRAM份额,因为跟台积电的官司,最终被迫放弃DRAM业务。
  • 2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》的正式发布,标志着我国重新发展集成电路产业的决心,著名的“国家集成电路产业发展投资基金”(大基金)就成立起来。

11年挑战美国巨头

  • 2007-2009年期间,正值中微半导体研发12英寸芯片刻蚀机,准备进入国际一流芯片生产线时,两家国际巨头芯片设备公司先后找上门来,起诉中微半导体专利侵权:美国应用材料公司+科林研发。
  • 风暴还未停息,2017年11月初,美国MOCVD设备巨头宣布,美国纽约东区地方法院同意了一项初步禁令请求,禁止SGL出售采用Veeco专利技术的MOCVD使用的晶圆承载器(即石墨盘),Veeco此举针对的正是中微半导体。
  • 长达11年的专利纠纷,最终以中微半导体的大获全胜告一段落。

国际巨头VS初创企业

  • 全球领先的高性能模拟集成电路和混合信号集成电路制造商——芯源系统股份有限公司(MPS),其全资子公司成都芯源系统有限公司向成都市中级人民法院,对茂睿芯(深圳)科技有限公司及其代理商提起多项专利侵权诉讼。
  • 两家公司实力悬殊。
  • 芯源成立于1997年,总部位于美国加利福尼亚州,主要从事模拟功率IC和半导体芯片的生产,产品供诸多世界500强企业在笔记本电脑、数码相机、PDA及其他应用设备中使用。茂睿芯成立于2017年4月,是一家半导体芯片研发商,公司主要产品包括高性能电源管理芯片、功率驱动和智能功率模块、其它模拟电路芯片等。
  • 从专利数量来看,茂睿芯目前仅仅有10项专利申请,其中1项发明、4项实用新型获得专利授权,而成都芯源的专利申请多达千余件。

三、半导体行业专利布局

知识产权研究基础

纵观我国半导体事业发展的历程,可以看到,半导体行业是技术密集型产业,知识产权对于半导体行业有至关重要的作用。对于科技企业来说,发展技术与保护知识产权应当“双线并行”。

爱集微在半导体行业深耕多年,基于半导体知识产权行业现状,参考集成电路产业全书,对半导体的材料、封测、制造、设计、设备等各个模块进行技术分解,汇总出半导体专利检索的基础。

集成电路产业链全景图

全球半导体专利申请总体态势

1、近二十年来,全球半导体专利申请热度持续稳定,且稳中有升,中国的专利申请数量也在快速增长和追赶中

2、美国专利壁垒最高,我国已成为最重要的专利申请目标市场:近年来,我国半导体专利申请数量持续增长,但专利价值有待进一步提升

3、在专利申请布局方面,美国和日本拥有专利技术绝对垄断地位,这对我国半导体行业发展形成了一定阻碍。其中,美国的专利申请态势有所波动(先下降后回升),而日本是呈逐渐下降的趋势。

我国半导体专利申请现状

1、苏粤沪三地专利申请量超过其他各省市之和

2、设备模块专利壁垒最高,五大模块均具有研发热度

半导体的设备领域的结构、模块研发相对较为容易,因此专利产出和积累也较多。

而近五年来,制造领域的专利申请占比达到31%,这说明在半导体中游较为艰难的制造领域,我国研发的追赶速度有所加快

四、半导体行业专利运用

半导体行业专利转让

可以看到,我国在半导体设计领域产业规模较大,因此设计领域专利申请基数大,专利转让概率也较高。设备领域次之。

专利转让流向图

下面将以案例形式分析专利转让对于企业快速起步的积极意义,以及在专利转让过程中是如何体现专利价值的。

快速起步

  • 苏州乐琻半导体有限公司已完成对LG Innotek光电化合物半导体业务的收购交割,具体涵盖了近1万项专利及相应的设备和技术,成为国内拥有化合物半导体高价值专利数最多的公司之一。本次收购对于未来技术的积累、产品的出海以及产业的格局都会产生重大影响。
  • 背景介绍:苏州乐琻半导体有限公司成立于2021年3月,是一家专注于光电化合物半导体产品研发、生产和销售的IDM公司,入选2021年苏州市“独角兽”培育企业名单。已完成了核心团队的组建,20多位行业领军人才已加入团队,致力于为客户提供光电子芯片、智能传感、新型显示等战略新兴领域的化合物半导体光电产品的创新解决方案。
  • 目前部分产品已经完成在LG Innotek原有基础上的研发,并计划于今年下半年进行量产。

专利价值

  • 2021年9月,中国千亿半导体巨头闻泰科技的全资子公司安世半导体(Nexperia)以6300万英镑(约合8700万美元)的价格收购英国最大芯片制造商Newport Wafer Fab(NWF)。通过此次收购,安世半导体获得了该威尔士半导体硅芯片生产工厂的100%所有权。
  • 从技术上看,闻泰需要安世的专利和产品。安世半导体如封装等多个细分领域都位于前三,截至到目前安世共拥有581组专利,专利估值为58,721,400美元,闻泰共1336组专利,专利估值为18,278,200美元。
  • 在专利价值上安世完胜闻泰,安世的专利量只有闻泰的一半,但是专利价值是闻泰的好几倍。截至2020年,安世已有226组专利转入闻泰旗下。闻泰与半导体相关的专利,大多来自于安世半导体。闻泰被引用专利TOP10,9件来自安世半导体。也因为安世专利的加入,半导体专利数量成为闻泰仅次于电子设备的专利。
  • 专利转让能够能大幅提高原本就资质不错的公司的专利整体价值比。

半导体行业专利许可

  • 半导体领域,大多数公司选择独占形式进行许可,其次是普通许可,最后是排他许可。
  • 半导体领域,存在行业龙头公司向较小的企业收受专利许可费的情形,且专利许可费的定价也存在同行业的参照。
  • 例如,LED照明行业的旭宇光电一次性支付424万授权使用费,取得了日本丰田合成 29 项相关专利的使用授权,该价格相较 LED 产业链相关公司穗晶光电于招股说明书中披露的专利许可价格相近。

半导体行业专利诉讼

上市狙击

  • 2019年7月22日,上海晶丰明源半导体股份有限公司收到浙江省杭州市中级人民法院出具的六起诉讼案件《应诉通知书》及《民事起诉状》等相关诉讼资料,矽力杰半导体技术(杭州)有限公司起诉作为第一被告的公司两款产品侵犯其三项专利权的情形。
  • 2019年7月23日,上交所科创板上市委发布公告称,因上海晶丰明源半导体股份有限公司在上市委审议会议公告发布后出现涉诉事项,根据相关规则规定,取消审议上海晶丰明源半导体股份有限公司发行上市申请。
  • 2022年1月4日,晶丰明源收到浙江省杭州市中级人民法院的《民事裁定书》,针对原告矽力杰半导体技术(杭州)有限公司与被告上海晶丰明源半导体股份有限公司、深圳市宏嘉蓝大科技有限公司、杭州阿里巴巴广告有限公司共计4件侵害发明专利权纠纷案件,法院裁定准许原告矽力杰半导体技术(杭州)有限公司撤回起诉。
  • 晶丰明源的被诉严重影响了其上市进程,上市狙击的案例也不仅存在于半导体行业。对于企业来说,一方面可以充分应用专利诉讼、维权甚至狙击达到一定的商业竞争目的;另一方面,在上市过程中,要做好专利侵权风险排查工作。

半导体行业专利质押

近年来,由于各项利好专利质押的政策陆续出台,专利质押是当前的热点项目。

目前,专利质押发展较成熟的地区主要集中在东部沿海

融资租赁

  • 长电科技(600584.SH)以28项专利作为融资租赁物,向芯鑫天津融资4亿元。
  • 长电科技的主营业务为集成电路的系统集成封装设计、技术开发、产品认证、晶圆中测、晶圆级中道封装测试等,其通过专利作为融资租赁物,获得大额融资,给企业带来大量资金流,是成功的金融化产品。

质押融资

  • 博蓝特半导体以2项专利,向金华银行质押融资2060万元。
  • 博蓝特半导体的主营业务包括半导体照明衬底、外延片和芯片、抛光片、激光晶体、半导体器件、电子元器件、光电子器件、半导体照明检测设备等,其通过2项专利向银行质押,获得了两千余万。

作价出资

  • 星科金朋以14项专有技术与586项专利,作价9.5亿人民币出资长电绍兴。
  • 星科金朋公司是世界排名前列的半导体封装测试公司,2015年8月,长电科技联合国家集成电路产业投资基金股份有限公司、芯电半导体以自愿有条件全面要约收购的方式私有化新加坡上市公司STATS Chip PAC Ltd. (即星科金朋)的交易正式完成,总股权交易对价约为7.8亿美元,对应企业价值约18亿美元。
  • 随后,成为长电科技子公司的星科金朋以14项专有技术与586项专利,作价9.5亿人民币出资长电绍兴。

半导体行业专利应用

我国半导体行业发展至今,产业技术在不断更新迭代,在努力攻克技术难题、实现“弯道超车”的同时,国内企业也充分地意识到了专利布局、知识产权保护的重要性,并且也开始尝试灵活地运用专利。

目前,我国半导体行业专利在工业电子、移动通信、LED、大数据、汽车电子、个人电脑等领域是应用较为成熟。

五、爱集微知识产权介绍

“爱集微”成立于2008年,运营手机中国联盟和中国半导体投资联盟,成为面向全电子行业产业链的ICT产业服务平台,连续举办五届“半导体峰会”。

地域分布:爱集微覆盖中国经济最活跃的地区,在北京、上海、深圳、厦门、南京、青岛、西安、成都均有完整业务布局。

业务模块:资讯、咨询、品牌营销、知识产权、投融资、职场人才输送等一条龙业务。

半导体行业卓越的知识产权战略合作伙伴

爱集微知识产权产品系列

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