物聯網核心技術專利態勢分析——以MEMS技術為例

張運鴻， 張善杰 （上海海事大學，上海 201306）

1 什么是物聯網

物聯網 （Internet of things,IOT）概念的提出已經有10余年的歷史，并在世界范圍內引起越來越高的關注，但由于物聯網的概念一直以來缺乏清晰可辨識的定義，以及一些利益相關方針對這一概念進行基于自身利益的解讀，使得市場各方對其內涵和外延認識不清。

目前關于物聯網的定義有多種，眾多專家也有自己的描述，在對物聯網本質的認識上也存在著一些誤區，物聯網還缺乏一個清晰的定義，為此中國物流技術協會曾匯聚了多家的物聯網定義并給予了總結歸納：物聯網就是 “物物相連的互聯網”，是通過各類傳感裝置、RFID技術、視頻識別技術、紅外感應、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備、按約定的協議，根據需要實現物品互聯互通的網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的智能網絡系統。

從以上定義看出，傳感器技術對于物聯網的發展至關重要，MEMS（Micro Electro Mechanical System）作為國際公認的21世紀最有前途的新興產業，受到了越來越多的重視，本文以數據挖掘等先進信息技術手段，通過Thomson Reuters科技集團出版的全球最權威的深加工專利數據庫——德溫特專利數據庫對MEMS技術做出全面透徹的專利分析，以期幫助我國傳感器產業順利的由傳統型向新型傳感器發展。

2 MEMS傳感器技術專利態勢分析

MEMS傳感器是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統，是隨著半導體集成電路微細加工技術和超精密機械加工技術的發展而發展起來的。MEMS傳感器能夠將信息的獲取、處理和執行集成在一起，組成具有多功能的微型系統，從而大幅度地提高系統的自動化、智能化和可靠性水平。制造商采用它能將一件產品的所有功能集成到單個芯片上，從而降低成本，適用于大規模生產。當今的趨勢，無論是物聯網的發展、智能手機的熱潮、移動網絡的崛起，都和傳感器有著密切的關系。傳感器已經滲透到日常生活，存在于每個角落，大到汽車、工業設備，小到手機，都大量使用了各種傳感器 （符合了智能化的潮流，傳感器則是其中最基本也是最重要的一環）。而MEMS技術極具在有限的空間內最大限度地發揮傳感器的功能，是解決傳感器微型化的關鍵手段。物聯網建設使得MEMS傳感器開始廣泛受到業界的關注，MEMS對于物聯網的重要性，堪比集成電路技術之于IT產業的重要性。

通過DII專利數據庫查找到2008年至2011年間收錄專利族有2 139個。

2.1 年代分析 （優先權年）

圖1為2008年至2011年間公開的MEMS傳感器技術專利優先權年分布情況，可知目前全球每年申請的有關專利為700件左右。由圖2可知，主要國家 （地區）中仍以美國最為突出，每年的專利申請量在300件左右，占全球專利申請量的50%左右。

圖1 MEMS傳感器專利優先權年分布情況

2.2 專利權人分析

在MEMS傳感器技術專利數量上領先的20家公司按照排名先后分別為日本精工愛普生公司（SEIKO EPSON CORP）、美國霍尼韋爾國際公司 （HONEYWELL INT INC）、日本山葉株式會社（YAMAHA CORP）、 日本尼康公司 （NIKON CORP）、 日本松下電器 （MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD）、日本阿爾卑斯電氣株式會社 （ALPS ELECTRIC CO LTD）、法國原子能委員會 （COMMISSARIAT ENERGIE ATOMIQUE）、澳大利亞西爾弗布魯克研究有限公司 （SILVERBROOK RES PTY LTD）、臺灣亞德諾半導體股份有限公司 （ANALOG DEVICES INC）、德國羅伯特·博世 （BOSCH GMBH ROBERT）等，詳見圖3。在排名前20位的公司中，掌握較多專利技術的公司主要來自于日本，中國臺灣的亞德諾半導體股份有限公司位列第九。日本精工愛普生公司和美國霍尼韋爾國際公司近年來專利數量處于高位且相對穩定，其技術研發處于穩定階段；日本阿爾卑斯電氣株式會社在2008、2009年專利申請量增長迅速，其技術研發處于迅速發展階段，見圖4。

2.3 技術領域分析

由表1有關MEMS傳感器技術的IPC按類和組的覆蓋情況可知，在H01L小類和H01L-021/02小組覆蓋專利數量最多，覆蓋專利量前10位的小類和小組詳見下表。

表1 IPC技術領域分布情況 （類、組）

依據 《國際專利分類表》，有關IPC分類號代表的技術范圍說明如下：

H01L：半導體器件；其他類目未包含的電固體器件；

B81B：微觀結構的裝置或系統，例如微觀機械裝置；

G01P：線速度或角速度、加速度、減速度或沖擊的測量；運動的存在、不存在或方向的指示；

B81C：專門適用于制造或處理微觀結構的裝置或系統的方法或設備；

G01C：測量距離、水準或者方位；勘測；導航；陀螺儀；攝影測量學或視頻測量學；

G01L：測量力、應力、轉矩、功、機械功率、機械效率或流體壓力；

G01N：借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料；

G02B：光學元件、系統或儀器；

H04R：揚聲器、傳聲器、唱機拾音器或其他聲—機電傳感器、助聽器、擴音系統；

G03F：圖紋面的照相制版工藝，例如，印刷工藝、半導體器件的加工工藝，其所用材料，其所用原版，其所用專用設備；

H01L-021/02：半導體器件或其部件的制造或處理；

H01L-029/84：通過所施加的機械力，如壓力的變化可控的 （所在大組為：H01L 29/00專門適用于整流、放大、振蕩或切換，并具有至少一個電位躍變勢壘或表面勢壘的半導體器件；具有至少一個電位躍變勢壘或表面勢壘，例如PN結耗盡層或載流子集結層的電容器或電阻器，半導體本體或其電極的零部件）；

H01L-029/66：按半導體器件的類型區分的 （所在大組同H01L 29/00）；

B81C-001/00：在基片內或其上制造或處理的裝置或系統；

B81B-007/00：微觀結構系統；

B81B-003/00：由柔性或可變形的元件組成的裝置，例如由彈性舌或膜片組成；

B81B-007/0：包括功能上有特定關系的不同的電或光學裝置，例如微—電子—機械系統 （MEMS）；

G01C-019/56：帶有振動部件的轉動敏感裝置，例如音叉；

G01P-015/125：應用電容變送器 （所在大組為：G01P 15/00測量加速度，測量減速度，測量沖擊即加速度的突變）；

G01P-015/08：用變換成電或磁量 （所在大組同G01P 15/00）。

前10位IPC分類中專利量排名前10位的國家 （地區）擁有的專利情況見圖5，各專利國 （地區）的專利覆蓋的技術主題和側重點不同。如：中國大陸 （CN）和德國 （DE）擁有B81B領域的專利量占其總量的比值高于其他國家 （地區）； 美國 （US）、 日本 （JP）、 韓國 （KR） 和中國臺灣 （TW） 擁有H01L領域的專利量占其總量的比值相對較高。

2.4 專利發明人分析

在同一公司申請專利量排名前5位 （含共同申請）的發明人情況見表2，分別為日本山葉株式會社的HATTORI A （29件）、澳大利亞西爾弗布魯克的SILVERBROOK K （29件）、日本精工愛普生公司的SATO A（20件）、澳大利亞西爾弗布魯克的MALLINSON S G（18件）、日本羅姆半導體公司的NAKATANI G（18件）。以上的日本和澳大利亞有關公司在研發團隊上具有明顯人才優勢，尤以澳大利亞西爾弗布魯克研究有限公司的研發團隊最為突出。

表2 排名前5位的專利發明人

2.5 專利族及引用分析

圖6有關被引頻次排名前5位的專利信息分析可知，被引頻次較高的專利仍多為美國專利，且在多個國家申請了同族專利保護專利權。美國專利US 2008167672同時覆蓋了RFID和MEMS傳感器主題，為該領域最受關注的專利技術，極具參考價值。

3 結論及建議

通過以上對物聯網核心技術 （以MEMS傳感器技術為例）的專利優先權年、專利國家 （地區）分布、核心專利權人和發明人、技術研發重點領域等相關信息的分析研究，得出以下結論并提出相應建議，供物聯網產業發展主管機關、企業管理人員、技術研發人員等參考和借鑒。

圖6 被引頻次排名前5位的專利及其專利成員情況

（1）國外企業在我國的專利布局現象日益突出，如我國專利權人提出的MEMS傳感器專利申請比率不足50%，嚴重阻礙和制約我國傳感器技術及物聯網產業的快速發展。建議我國主管部門給予高度重視，為相關產業發展出臺系列鼓勵和支持政策，給予有關研發企業重點支持，以確保我國擁有核心技術，實現產品的自主供給。

（2）在MEMS傳感器技術領域具有較強自主研發能力的企業多為國外公司，擁有的專利聚集度較高；我國企業在相關技術領域專利分散，未形成自己的核心競爭力，在國際上話語權較弱。建議我國相關重點研發企業加大投入，組建相應的研發團隊，攻關關鍵技術。

（3）國外發達國家掌握的技術領域范圍相對較廣，我國掌握的技術面較為單一，技術全面協調發展度較弱。建議我國研發企業研發MEMS傳感器技術過程中，注重于其他相關技術的關系，做好專利布局，充分保護相關權益。

（4）在MEMS傳感器關鍵技術研發方面，我國距美國、日本掌握該技術的能力差距較大，具有較大的發展空間。建議加大在MEMS傳感器技術領域的研發力度。

（5）國外企業有關技術產業化能力強，專利多集中于相關領域的龍頭企業；而我國的有關專利多屬于國內高等院校、科研院所以及個人，多停留的理論研究階段，產業化程度不高。建議企業與有關研究院所、高校加強產學研結合，有關主管機關亦應給予宏觀指導和支持，共同促進有關技術的早日應用及產業化，推動產業發展。

（6）國外專利質量較高 （尤以美國專利最為突出），我國的專利質量相對較差，核心專利較少，不利于產業發展。建議我國研發機構和人員加強專利質量的提升，真正意義上促進我國物聯網領域技術的發展，并加大國際專利申請量，切實做好專利權的保護。

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