5G时代半导体产业专利布局现状及中国企业发展建议.docx

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5G时代半导体产业专利布局现状及中国企业发展建议

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王晶王科

2015年6月，国际电信联盟确定5G正式名称、愿景和时间表等关键内容。2017年11月15日，工业和信息化部发布《关于第五代移动通信系统使用3300～3600MHz和4800～5000MHz频段相关事宜的通知》[1]。

5G大规模商用时代正在一步步向我们走来，除了毫米波技术、大规模集成天线和编码技术、超密集组网等关键技术外，还有更为基础的半导体器件对5G技术的发展有至关重要的影响。

随着数据速率的快速增长，特别是从4G到5G，无线网络的传输速度呈现跨越式提升，对基站以及移动终端设备的要求随之增强，需要配备更新更快的应用处理器、基带以及射频器件。以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第3代半导体材料，因为其所具有的更宽的禁带宽度、更高的击穿电场等特性，更适用于制备5G技术中所需要的半导体器件、特别是5G通讯中所需的大功率器件，在5G通讯应用中有着非常广阔的前景和机遇。

本文以包括SiC、GaN在内适用于5G技术中的半导体材料及其半导体器件专利文献为研究样本，通过对全球专利申请趋势、中国专利布局现状、全球领先企业的专利布局情况进行分析，揭示适用于5G技术中的半导体领域（“以下称5G半导体产业”）的专利整体发展趋势、专利布局区域分布情况以及中国在该领域专利布局现状（见图1），最终从专利的角度为中国企业在5G半导体产业的发展提出建议。

15G半导体产业发展趋势

从专利申请趋势来看，以SiC、GaN、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的第3代半导体材料的研究发展起步时间较早。其中，SiC以及GaN早在20世纪就开始进行研究，特别是SiC材料早在1905年就在陨石中被发现，20世纪50代西屋公司研究SiC单晶获取方式并应用SiC材料作为晶体管材料；GaN专利申请晚于SiC材料，最早是1963年由美国柯达公司申请的GaN材料相关专利，其中IBM于1971年提出在半导体器件中使用GaN材料层。但由于受到SiC材料以及GaN材料所存在的各种技术问题的困扰，因而发展十分缓慢。从专利申请趋势也可以看出，在1961—1996年期间专利申请量增长缓慢，仅贡献了14.1%的专利申请总量。

20世纪90年代后期随着材料生长技术的日趋成熟，从1997年德国英飞凌布局SiC半导体器件专利开始，各大半导体厂商开始大量布局SiC材料、GaN材料以及相关半导体器件的专利，专利数量快速增长，进入发展的黄金时期。其中，1997—2010年期间的专利申请量占比达到了37.2%；2011—2019年期间的专利申请量占比达到了48.7%。并且，随着5G通讯技术的研发，对以GaN为代表的第3代半导体材料的需求越来越大。由此看来，应用于5G技术的半导体材料在未来几年会再次形成一次研发热潮。

2地域分布情况现状

从全球5G半导体产业的专利布局区域分布情况（见图2）来看，中国是目前全球5G半导体产业最大的专利布局区域，虽然中国5G半导体产业起步较晚，但国家和各地方政府陆续推出政策和产业扶持基金发展包括SiC和GaN材料在内的第3代半导体相关产业，不少地方政府也有针对性对当地具有一定优势的SiC和GaN材料企业进行扶持[2]，因此近年来年度专利申请量远超过其他区域。

日本是全球第2大专利布局区域，住友集团（SUMITOMO）、三菱集团（MITSUBISHI）、株式会社日立制作所（HITACHI）等在SiC以及GaN领域研发实力雄厚，拥有大量专利。同时，日本申请人不仅通过世界知识产权组织（WorldIntellectualpropertyorganization，WIPO）和欧洲专利局（EuropeanPatentOffice，EPO）提交大量的专利申请，同时也在其主要的市场国进行了有针对性的专利布局，一定程度上反映了日本5G半导体产业的申请人全球多地区布局的意识非常强烈。

美国在全球5G半导体产业的专利申请量居全球第3位，美国国防部、能源部、科学技术委员会及其部分产学研机构纷纷制订有关SiC、GaN等半导体材料的开发项目[3]，积极推进5G半导体产业的技术研发以及战略部署，抢占市场。

而从主要国家/地区在5G半导体产业SiC、GaN材料的专利申请量布局情况来看，目前SiC布局的热度仍略高于GaN材料，且布局技术主要以SiC半导体器件以及GaN半导体器件为主。虽然中国专利申请量在全球居于首位，但结合研发时间及科研实力，SiC材料及SiC半导体器件领域美国、日本在全球的布局量具有绝对优势，居于领导地位。同样，GaN技术日本以及美国也拥有较强实力。

3全球申请人分布情况现状

从全球5G半导体产业专利申请人排名情况来看，住友集团（SUMITOMO）在5G半导体产业的全球