集成電路產業標準與專利協同創新研究

關鍵詞：集成電路，標準，專利，協同創新

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.013.009

0 引言

隨著新一輪科技革命、產業變革加速演進，以5G通信、人工智能、物聯網、云計算為代表的技術革命將引發國際產業分工重大調整，顛覆性技術不斷涌現。集成電路作為新興產業的核心支撐，正在重塑全球產業與科技競爭格局。本文以集成電路宏觀產業為研究對象，探索集成電路產業專利分析方法和路徑，建立產業發展狀態、創新資源分布和專利分布、標準分布情況的多維分析模型，通過產業、標準、專利三者間的匹配分析，找出產業重點發展的領域和方向、關鍵共性技術的核心和專利布局的重點。

1 集成電路產業發展現狀

1.1 美國集成電路產業發展現狀

美國是全球半導體和集成電路產業的發源地，無論是芯片設計、制造，還是與之密切相關的軟件工具、半導體設備等領域，美國都處于領先地位。隨著全球各個地區半導體產業的快速發展，與美國之間的差距逐漸縮小，美國為了保持其產業優勢，采取了一些非常規操作來削弱日本、中國等競爭者的競爭力。美國半導體產業占據全球近一半的市場份額[1]。全球半導體銷售額從2001年的1390億美元增長到2022年的5740億美元，復合年增長率為6.67%。其中，總部位于美國的半導體公司的銷售額從2001年的711億美元增長到2022年的2750億美元，復合年增長率為6.7%，在全球市場的占比達到48%。

1.2 日本集成電路產業發展現狀

日本集成電路產業是全球半導體產業版圖中的重要一環，擁有一大批知名的半導體企業。從引進美國技術到自主創新，日本半導體產業快速崛起，并在20世紀80年代超越美國占據“頭把交椅”。雖然后面受美國打壓，半導體產業影響力持續下滑，但在半導體材料、設備、功率半導體等領域依然擁有強大競爭力，并積累形成了諸多知名企業，主要分布在東京和九州硅島。如東京電子、迪恩士（SCREEN）、羅姆、尼康、鎧俠、瑞薩、東芝、日亞化學、大日本印刷、凸版印刷、大陽日酸、關東電化、日立化成、富士美、東京應化、JSR、信越化學等代表性企業，在細分領域都擁有很強的競爭力。

1.3 韓國集成電路產業發展現狀

韓國半導體產業競爭力強。存儲領域，韓國從追隨者成為領跑者。存儲領域曾經由美國主導了十年，而后日本接棒又坐了十年頭把交椅，20世紀90年代后韓國憑借著DR AM的飛速發展，再加上美國對日本的壓制，摘下世界第一的桂冠，并持續到了今天。研究機構IC Insights的數據顯示，在2021年DRAM市場中，三星以43.6%的份額占據第一，SK海力士市占比為27.7%。美光排名第三，市占比為22.8%，僅韓國兩大公司就包攬了71.3%[2]。在半導體設備與材料領域，韓國產品的競爭力也在不斷增強。

1.4 中國集成電路產業發展現狀

集成電路作為信息產業的基礎與核心，被譽為“現代工業的糧食”，在電子設備、通信、軍事等方面得到廣泛應用，對經濟建設、社會發展和國家安全具有重要的戰略意義。受益消費電子、PC等市場蓬勃發展，以及國產替代不斷推進，國內集成電路市場規模不斷擴張。據中商產業研究院發布的《2023年中國集成電路行業研究報告》數據顯示，我國集成電路行業市場規模由2017年的5411億元增長至2022年的12，036億元，復合年增長率為17.3%。中商產業研究院分析師表明，2023年我國集成電路行業市場規模達13，093億元，同比增長8.8%[3]。

2 集成電路產業專利布局現狀

2.1 產業分類體系確定

在專利分析中，技術分解是將一個專利文件或專利組合的技術內容進行細分、拆解和分類的過程。通過技術分解，可以深入了解專利中涉及的具體技術細節，找出專利的關鍵技術特點，同時也有助于對整個技術領域的發展趨勢和技術創新進行更深入的研究。

技術分解通常包括：（1）了解專利內容：首先，需要仔細閱讀和理解專利文件，了解其所涉及的技術內容和技術要點。這包括專利的摘要、說明書、權利要求等部分。（2）抽取關鍵技術詞匯：根據專利文件中的術語和關鍵詞匯，抽取出與技術相關的關鍵詞匯。（3）技術分類：根據專利內容中的技術特點和關鍵詞匯，將專利進行分類。（4）技術細節拆解：在每個技術分類下，進一步拆解專利的技術細節。根據對相關文獻以及產業分析報告的歸納與總結，按照集成電路產業特點，繪制產業分類體系見表1。

2.2 全球專利發展態勢

圖1為集成電路產業在全球及中國范圍內的專利申請量隨年份變化分布趨勢，可以看出，2004—2007全球申請量趨于穩定；由于受到全球經濟危機的影響，全球申請量在2005—2009年有所下降，之后全球申請量基本保持穩定增長趨勢。中國申請量一直處于增長態勢，在2008—2009年申請量未出現下滑趨勢，2021年中國專利申請量達到14，814件。全球2011—2021年申請量平均年增長率為2.3%，中國2011—2021年申請量平均年增長率為10.3%[4]。從全球重點國家專利布局情況來看，日本專利布局量占比最多，申請數量達到243，050件；其次是中國專利布局量，申請相關專利218，859件；此外，美國和韓國也在該領域內布局大量相關專利。

2.3 重點國家（地區）專利布局對比分析

國內集成電路產業上中下游的產品布局正在不斷優化，對比美國、日本、歐洲和韓國等幾個國家的專利技術，如表2所示，在集成電路產業上中下游，我國的專利布局具有明顯優勢的產業并不多，但是具有明顯短板的產業十分突出，如光刻機、離子注入機、涂膠顯影設備等領域，我國專利布局有待加強。從橫向對比來看，由于集成電路產業國際分工明顯、技術布局具有全球性，美國并不能在所有技術領域對我國進行專利封鎖，并形成專利布局優勢。

將歐洲、美國、中國、韓國、日本集成電路產業鏈PCT專利①進行分析，結果如表3所示。中國申請人在集成電路領域PCT布局中有7個節點位居全球第一，分別是：掩模版、氧化爐、離子注入機、切割機、封裝設備、測試設備、封裝工藝。

日本申請人在15個節點位居全球第一，分別是：硅晶圓、靶材、拋光材料、光刻膠、濕電子化學品、封裝材料、CVD/ PVD、光刻機、涂膠/顯影設備、刻蝕機、拋光設備、清洗設備、研磨機、制造工藝、測試工藝。美國在3個節點位居全球第一，分別是：EDA、芯片設計以及電子特種氣體。由此可見，在具有較高價值的PCT專利申請中，日本在全球集成電路產業的各個關鍵技術和產業的專利布局上具有較為全面的優勢。

3 集成電路產業標準態勢現狀

3.1 標準態勢分析

集成電路領域自70年代便開始發布并實施相關標準②，三次發表高峰分別為1993—1995年、2006—2010年、2015—2018年，其中，2018年實施95項、2016年實施69項、1994年實施63項，為歷史上最多的三個年度，如圖2所示。由于國家標準、行業標準，從立項到發布實施通常需要1.5年到3年的周期，因此近兩年標準數據量有滯后性。

3.2 產業鏈各個節點標準布局分析

對集成電路產業鏈節點標準布局分布進行統計，如表4所示。芯片設計、測試工藝、制造工藝、硅晶圓環節整體標準布局數量多，而上游的制造設備屬于標準布局的弱勢環節，且兩極分化較為嚴重，標準布局出現較大不均衡的情況。在細分節點上，各個產業環節的標準分布也不均衡，其中芯片設計的數量最多，543件；其次是測試工藝，293件；排名第三的是硅晶圓161件。在上游領域，除了硅晶圓的標準比較多之外，其他的集成電路材料以及設備，標準分布均比較少，中游晶圓制造和封裝測試相對標準較多。這也從一定程度上反映出我國在集成電路上游最核心的材料與設備領域，產業化規模還有較大提升空間。

3.3 標準發表技術路線圖

3.3.1 技術關鍵詞分析

如圖3所示，標準發表技術路線圖中的關鍵詞中，測量方法、半導體集成電路、半導體器件關鍵詞高頻出現，依次是各類型集成電路元器件、封裝等。

進一步統計前20的高頻關鍵詞見表5，排名前5的高頻關鍵詞依次：測試方法這一關鍵詞的詞頻是190次，半導體集成電路是168次，測量方法是69次，半導體器件是65次，檢查評定是60次。從標準布局來看，我國在集成電路標準指定方面主要針對集成電路的測試、測量進行了大量的標準布局。而在半導體制造、封裝、半導體材料、耗材方面的標準制定的標準并不多。

從重點關鍵詞可以看出，在集成電路領域，測試方法是出現頻次最高的關鍵詞，這與我國在標準領域主要部門工作就是展開對各類產品進行產品合格、產品質量檢查等核心工作有密切關系。

3.3.2 近六年標準關鍵詞熱點趨勢

從集成電路標準數據關鍵詞趨勢圖（見圖6）可以看出，關鍵詞趨勢的變化較大，而產業節點的變化相對穩定。2017—2019年，主要以芯片設計領域的標準為主，2020年以后以硅晶圓領域標準為主。

由于我國集成電路產業的發展滯后于歐美主要國家，相應的標準制定受限于技術壁壘和產業形式，具有一定的滯后性。隨著近幾年，特別是2018年以后，我國集成電路產業在封裝、設計、制造等領域不斷突破美國的技術圍堵，集成電路行業國產替代需求的不斷發力，標準制定也不斷從封測向晶圓制造推進，從設計到制造的標準關鍵詞變化趨勢也反應出我國技術發展趨勢的變化。

3.3.3 集成電路產業鏈節點專利與標準對比分析

從表6統計數據上可以看出，我國在集成電路各個產業節點的專利數據與標準數據關系中，存在以下數據特點：

1）EDA、光刻膠、封裝材料、封裝設備單位專利標準產出率低。

2）芯片設計、硅晶圓、刻蝕機單位專利標準產出率高。EDA、光刻膠、封裝材料、封裝設備出現專利多標準少現象；芯片設計、硅晶圓、刻蝕機出現標準多專利少的現象。技術發展與產業發展需求的不均衡性十分明顯，我國在相關產業領域的標準制定能力和技術水平依然十分落后。將國內標準數據與專利數據在各個產業件上進行細分對比，可以看出來在單位專利數量上對應的標準數量的關系，進一步探查在專利技術轉化與產業標準化生產中的相互關系。

4 結論和建議

當前美日歐積極推進集成電路制造的本地化，例如美國眾議院在2022年2月通過《美國競爭法案》提出，英特爾宣布增加對美本土制造領域投資，歐盟也于2 0 2 2年2月發布了420億歐元的《芯片法案》，要求國外設備供應廠商優先供應其本國需要，我國在設備采購中面臨設備交付期延長、非先進制程供應受到擠壓等困難。我國在全球半導體產業中面臨“卡脖子”技術難題，國內廠商積極布局半導體各個領域，其中就涉及半導體行業所需材料/化學品板塊。從半導體原材料到轉化為各式各樣的集成電路或者分立器件，其轉化過程利用了幾百種復雜程度不同的化學反應。在半導體的制造工業中，芯片制造首要是一種化學工藝，其次需要大量的特殊材料和化學品。

基于全球專利布局分析，芯片設計、封裝設備、制造工藝三大產業鏈環節，是近十年的專利布局的主要產業技術方向，三者專利布局總量占據每年專利申請量超過50%。上游在一級分類中的材料/化學品與制造設備環節，二級分類相對分散，占比也比較少，這與集成電路制造集中為IDM生產模式密切相關，由于生產的集中，生產設備的制造商下游客戶相對也比較集中，導致競爭不充分。根據專利與標準的綜合分析，測試工藝是標準布局的熱點環節，共布局標準293件，而同時該領域的專利布局量僅8397件，因此，每千件專利的標準產出率高達34.9，是產業發展熱點，同時也是專利創新空白點，建議如下：

（1）充分利用知識產權保護中心預審職能與政策，加速在重點技術突破領域的發明專利確權速度。

（2）充分發揮電子信息行業重點標準起草單位優勢，強化標準在產業化及產業集群發展中作用，提升產業與企業競爭力，并從標準起草、實施等環節幫助企業加速行標、國標甚至國際標準的快速落地，并制定聯合標準必要專利的聲明與評估政策機制。

（3）制定標準鼓勵政策，相關部門可以通過參與國家級科研項目、行業協會報獎等方面幫助企業了解參與標準制定的好處、在企業經營市場拓展時的優勢等，同時給予一定鼓勵政策，幫助企業降低在專利申報、標準制定時的成本付出。

（4）開展相關講座與培訓，圍繞如何參與標準制定、如何構建標準必要專利、如何應用標準幫助企業提升市場競爭力等角度，邀請國家級專業機構與專家，展開相關培訓與講座，切實幫助企業提升科技成果保護的意識。

作者簡介

陳大紀，碩士研究生，高級工程師，研究方向為標準與知識產權協同創新。

高艷炫，通信作者，碩士研究生，工程師，研究方向為標準與知識產權協同創新。

（責任編輯：張瑞洋）