COOLMOS核心專利引文分析

李介勝

摘要：核心專利帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展。本文檢索了COOLMOS核心專利的引文專利數(shù)據(jù)，分析了這些專利的申請(qǐng)趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人，以英飛凌為代表進(jìn)一步分析了如何在核心專利的基礎(chǔ)上進(jìn)行專利布局，借助專利穩(wěn)固自身的市場地位。

關(guān)鍵詞：COOLMOS；核心專利；外圍專利；引文

中圖分類號(hào)：TN386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）21-0045-03

Analyzing of the Patents Citing the Core Patents of COOLMOS

LI Jiesheng

（Patent Office of State Intellectual Property Office，Beijing 100088）

Abstract： Core patent drive technology development. By searching the patents citing the core patent of COOLMOS， this paper analyzed the trend of the patents， the main applicant of the technology field. Taking Infineon as the representative， this artical further analyzed how to make a patent layout on the basis of core patents and stabilize its market position by means of patents.

Key words： COOLMOS；core patents； peripheral patents； citation

COOLMOS也就是超級(jí)結(jié)MOSFET，這是沿用了英飛凌的叫法。1998年，英飛凌成功推出COOLMOS，600V的晶體管導(dǎo)通電阻僅有70mΩ，這給英飛凌帶來了新的業(yè)績?cè)鲩L點(diǎn)，當(dāng)今的COOLMOS市場中英飛凌占據(jù)了一半以上的份額，其余的供應(yīng)商還有意法半導(dǎo)體、飛兆、威世、瑞薩、華虹NEC等。

常規(guī)功率MOSFET的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻大，功率MOSFET的發(fā)展是圍繞著不斷協(xié)調(diào)阻斷電壓和導(dǎo)通電阻兩者之間的矛盾而進(jìn)行的。COOLMOS結(jié)構(gòu)是由VDMOS派生而來的，它是在N-外延層中注入一個(gè)與外延層摻雜相反的P-型細(xì)圓柱阱。當(dāng)加上反偏電壓時(shí)，器件內(nèi)部不僅存在縱向電場，而且存在橫向電場。如果在擊穿之前，N-區(qū)和圓柱阱能完全耗盡，則器件的擊穿電壓僅依賴N-漂移區(qū)的厚度，而與N-區(qū)的摻雜濃度及圓柱阱的摻雜濃度無關(guān)。且N-區(qū)的摻雜濃度和圓柱阱的電荷補(bǔ)償越充分，其阻斷電壓就越高。由于N-外延層中的摻雜濃度提高因而其導(dǎo)通電阻大大降低，由此COOLMOS解決了VDMOS中阻斷電壓與導(dǎo)通電阻之間的矛盾[1]。最近，英飛凌推出了最新的高壓超級(jí)結(jié)MOSFET技術(shù)的產(chǎn)品600V COOLMOSTM CFD7，它不僅擁有快速開關(guān)技術(shù)的所有優(yōu)勢(shì)，還兼具高換相穩(wěn)固性，同時(shí)不影響在設(shè)計(jì)過程中的輕松部署，擁有更低的柵極電荷和更好的關(guān)斷性能，其反向恢復(fù)電荷比市場上的競爭性產(chǎn)品低69%之多[2]。

通常國際上認(rèn)可的COOLMOS的核心專利包括以下3篇：1988年，飛利浦公司申請(qǐng)的專利US4754310A，第一次提出了采用PN交替結(jié)構(gòu)來取代單一輕摻雜濃度的漂移區(qū)，有效降低導(dǎo)通電阻；1993年電子科技大學(xué)陳星弼教授申請(qǐng)的專利US5216275A（中文同族專利CN1056018A），提出在VDMOS器件中用多個(gè)PN間隔來做外延漂移區(qū)的概念，并稱其為復(fù)合緩沖層，陳星弼教授在專利中給出的示意結(jié)構(gòu)，跟當(dāng)前主流的COOLMOS器件已經(jīng)十分相似，陳教授在專利中還分析了PN交替摻雜的漂移區(qū)的三維分布方式；1995年西門子公司申請(qǐng)的專利US5438215A，提出與陳教授類似的思路和應(yīng)用方案。這3份專利提出了一種全新的思路，新的器件結(jié)構(gòu)使陷入硅限瓶頸的人們?yōu)橹駣^。在這之后，人們基于此前這三人的思路和理論推導(dǎo)，對(duì)基于此方向的新型高壓器件進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)。

被引次數(shù)是指專利被后續(xù)專利引用的次數(shù)，如果一項(xiàng)專利被后續(xù)專利頻繁引用，則說明該專利對(duì)后續(xù)的發(fā)明有很強(qiáng)的影響力，那么該專利屬于核心專利，具有較高的專利價(jià)值，被引次數(shù)已經(jīng)被廣泛用作專利質(zhì)量指標(biāo)[3]。另外，被引次數(shù)易于進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，評(píng)價(jià)相對(duì)客觀。專利引用一般包括申請(qǐng)人的專利引文、檢索報(bào)告中的專利引文以及審查期間的專利引文，本文使用SIPOABS數(shù)據(jù)庫對(duì)COOLMOS的3篇核心專利的引文數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的整理分析。

COOLMOS的3篇核心專利的被引次數(shù)都超過了300次，分別為347次、427次、326次，它們從申請(qǐng)之日起在業(yè)內(nèi)得到了持續(xù)的關(guān)注，雖然它們的申請(qǐng)時(shí)間較早，現(xiàn)在都已失效或即將失效，但它們都維持了發(fā)明專利保護(hù)的最長期限，這些都肯定了它們的核心地位。引用這3篇核心專利的至少1篇的專利數(shù)量為620項(xiàng)，之所以小于上述被引次數(shù)的加和，是由于有的專利引用了其中的2篇，有的甚至引用了3篇。圖1給出了這620項(xiàng)專利的申請(qǐng)年份分布圖。由圖中可以看出，從1997年開始，這些專利被大量引用，申請(qǐng)人在核心專利的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)改進(jìn)，產(chǎn)生了大量的專利，于2001年達(dá)到最大值86項(xiàng)，其后隨著技術(shù)的更新，其被引次數(shù)逐年降低，2015年后幾乎沒有出現(xiàn)引證這些專利的申請(qǐng)。這與技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)也是吻合的。

核心專利的出現(xiàn)能夠帶動(dòng)本領(lǐng)域的從業(yè)者在該專利申請(qǐng)的基礎(chǔ)上迅速介入研究，產(chǎn)出大量的專利申請(qǐng)，并開發(fā)出質(zhì)量較高的專利申請(qǐng)，針對(duì)引證這些核心專利的申請(qǐng)人進(jìn)行研究，能夠發(fā)現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入或計(jì)劃進(jìn)入該專利產(chǎn)生的市場的公司，從一個(gè)側(cè)面反映該市場的競爭情況。圖2示意了這620項(xiàng)專利的前10位申請(qǐng)人，其中英飛凌和飛兆處于第一集團(tuán)，分別有98項(xiàng)和96項(xiàng)專利申請(qǐng)。超過30項(xiàng)的公司有5家，其中富士電機(jī)申請(qǐng)量為42項(xiàng)。后3家公司的申請(qǐng)量也在20項(xiàng)左右。前10位申請(qǐng)人的申請(qǐng)量為423項(xiàng)，占全部申請(qǐng)量的接近70%，可以看出行業(yè)集中度比較高，生產(chǎn)COOLMOS產(chǎn)品的公司都在這3篇核心專利周圍實(shí)施外圍專利戰(zhàn)略，多次引用該專利，產(chǎn)生了大量外圍專利，并且出現(xiàn)了許多被引次數(shù)較多、質(zhì)量較高的專利申請(qǐng)。然而，也有例外，擁有較多市場份額的意法半導(dǎo)體引用這些專利的次數(shù)僅有12次，且沒有被引頻次特別高的專利。

這3篇核心專利中陳星弼教授的專利US5216275A（中文同族專利CN1056018A）可以說是現(xiàn)今COOLMOS的基石，陳教授提出的復(fù)合緩沖層（CB）及異型島結(jié)構(gòu)，是一種耐壓層上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，不僅可用于垂直功率MOSFET，還可用于功率IC的關(guān)鍵器件LDMOS等功率半導(dǎo)體器件中，可稱為功率半導(dǎo)體器件發(fā)展史上的里程碑，該發(fā)明由此也名列2002年信息產(chǎn)業(yè)部3項(xiàng)信息技術(shù)重大發(fā)明之首位。陳星弼教授的該項(xiàng)專利在2000年轉(zhuǎn)讓于動(dòng)力莫斯非特技術(shù)有限公司（POWER MOSFET TECHNOLOGIES），并于2002年再次轉(zhuǎn)讓于美國的三維半導(dǎo)體股份有限公司。2011年5月4日該專利因有效期屆滿而失效。

當(dāng)一件產(chǎn)品的核心專利沒有掌握在自己手中時(shí)，我們應(yīng)該如何處理呢？這里，英飛凌給出了很好的答案。英飛凌憑借其在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域成熟的生產(chǎn)線、充足的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及敏銳的市場嗅覺，率先推出了COOLMOS產(chǎn)品。動(dòng)力莫斯非特技術(shù)有限公司就該項(xiàng)專利向英飛凌提起侵權(quán)訴訟，英飛凌也因此支付了大量的專利許可費(fèi)用，但反觀現(xiàn)今的COOLMOS市場，其獲得的回報(bào)也是超值的。

在專利方面，英飛凌也不會(huì)任人宰割，前文已經(jīng)提到其圍繞這些核心專利申請(qǐng)了98項(xiàng)專利，其中引用US5216175A的就有59項(xiàng)，英飛凌圍繞該核心專利周圍設(shè)置了許多原理相同技術(shù)方案不同的專利，形成一個(gè)龐大的外圍專利網(wǎng)，這些專利申請(qǐng)主要從結(jié)構(gòu)的改進(jìn)以及工藝的完善兩方面入手，結(jié)構(gòu)改進(jìn)的主要目的是在保證不影響其他性能參數(shù)的情況下，盡量降低導(dǎo)通壓降，主要的結(jié)構(gòu)改進(jìn)包括超結(jié)形狀、位置的變化（例如US2009152667A1、US2001050549A1），以及超結(jié)中摻雜濃度的變化（例如US2008150073A1、US2003155610A1），還包括在超結(jié)型結(jié)構(gòu)中引入電介質(zhì)層（例如CN101288179A、US6201279B1）；實(shí)現(xiàn)COOLMOS中超級(jí)結(jié)的方法主要有多次不同深度離子注入（例如US2004067625A1）、多層外延（例如US2003011039A1）以及刻槽工藝（例如US6649459B2、US2009108303A1），這些在英飛凌的這59項(xiàng)專利中均有涉及，當(dāng)然，結(jié)構(gòu)改進(jìn)的專利申請(qǐng)中大多也包含相應(yīng)的制備方法，這種縝密的外圍專利布局進(jìn)一步鞏固了英飛凌在該領(lǐng)域的市場地位，并用來抵御他人對(duì)其專利的進(jìn)攻并遏止競爭對(duì)手技術(shù)擴(kuò)張。2008年，飛兆半導(dǎo)體在美國對(duì)英飛凌提起訴訟，控告這家德國公司的COOLMOS晶體管和OptiMOS電源管理器件以及IGBT，同年，英飛凌向美國特拉華州地方法院對(duì)飛兆提起訴訟，本訴和反訴標(biāo)的包括與COOLMOS晶體管以及溝槽式功率MOSFET和IGBT功率晶體管有關(guān)的14項(xiàng)專利。通過廣泛的半導(dǎo)體技術(shù)專利交叉許可，雙方就上述訴訟達(dá)成和解。根據(jù)和解協(xié)議，飛兆半導(dǎo)體將向英飛凌支付許可費(fèi)，但協(xié)議的具體條款和條件保密，英飛凌和飛兆半導(dǎo)體將通知美國特拉華州地方法院，雙方已經(jīng)達(dá)成和解。作為半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)軍人物，英飛凌目前正在和多家半導(dǎo)體公司進(jìn)行專利許可談判。這些談判對(duì)持續(xù)保護(hù)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)和商業(yè)利益至關(guān)重要，而用于談判的籌碼就是英飛凌多年累積的核心專利以及圍繞自己或他人的核心專利所進(jìn)行的外圍專利布局戰(zhàn)略，COOLMOS就是英飛凌利用他人核心專利為自己贏得市場和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)典型案例。

總之，核心專利帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展，在核心專利出現(xiàn)后的幾年內(nèi)，技術(shù)處于高速發(fā)展期，在研發(fā)的同時(shí)需要進(jìn)行專利布局，為占領(lǐng)市場奠定基礎(chǔ)。COOLMOS領(lǐng)域英飛凌很好地做到了這一點(diǎn)，其圍繞COOLMOS核心專利進(jìn)行了大量的外圍專利布局，這種縝密的外圍專利布局進(jìn)一步鞏固了英飛凌在該領(lǐng)域的市場地位，用來抵御他人對(duì)其專利的進(jìn)攻并遏止競爭對(duì)手技術(shù)擴(kuò)張。

參考文獻(xiàn)：

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