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1997-2017年全球MEMS傳感器專利分析

MEMS ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-05-18 11:40 ? 次閱讀
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MEMS這一概念在國際上尚未有統(tǒng)一的名稱和定義,美國、歐洲和日本根據(jù)其各自的發(fā)展特點而命名。美國稱之為Micro-Electro-Mechanical System,即微機電系統(tǒng),根據(jù)其在半導(dǎo)體集成電路工藝技術(shù)基礎(chǔ)上延伸和拓展而來的,這是目前廣為使用的名稱。歐洲則更強調(diào)系統(tǒng)的觀點,即如何將多個微型化的傳感器、執(zhí)行器、處理電路等元部件集成為一個智能化的有機整體,因此稱之為Microsystem,即微系統(tǒng)。日本則根據(jù)其在精密機械加工方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢,稱之為 Micromachine,即微機械。

MEMS是微電子與精密機械加工技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,涉及電子、機械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù),而MEMS傳感器是采用微機械加工技術(shù)制造的新型傳感器,是MEMS系統(tǒng)的重要分支。MEMS傳感器以其優(yōu)異的性能,如體積小、重量輕、成本低、功耗低、靈敏度高、可批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化等特點,逐步取代傳統(tǒng)機械傳感器而占據(jù)主導(dǎo)地位。目前MEMS傳感器主要應(yīng)用在消費電子汽車電子、航空航天、工業(yè)控制、醫(yī)療健康等領(lǐng)域,未來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將是MEMS傳感器應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

專利是人類科學(xué)技術(shù)成果的重要體現(xiàn),反映了最新科技發(fā)明、創(chuàng)造和設(shè)計。通過對專利數(shù)據(jù)的分析,可以明確產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、該領(lǐng)域內(nèi)國內(nèi)外知名企業(yè)研發(fā)重點和核心技術(shù)情況。通過專利分析,可以明確我國在某個領(lǐng)域內(nèi)存在的技術(shù)問題,有助于政府及企業(yè)更好的布局。

目前,國內(nèi)外關(guān)于對MEMS傳感器的專利分析文章越來越多,Polesello等以歐洲專利局的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析了MEMS相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況。梁琴琴等以美國科學(xué)情報研究所的德溫特專利數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),分析了2000-2014年全球34個國家及地區(qū)MEMS傳感器發(fā)展情況。張運鴻等從物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)角度出發(fā),分析了2008-2011年間德溫特專利數(shù)據(jù)庫中MEMS傳感器技術(shù)發(fā)展情況。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

本文通過Orbit數(shù)據(jù)庫,共檢索全球106個國家、地區(qū)及世界知識產(chǎn)權(quán)組織專利數(shù)據(jù)。為了檢索的準(zhǔn)確性和全面性,共進行三次檢索。檢索式為MEMS傳感器、MEMS Sensor、微機電系統(tǒng) 、Micro-Electro-Mechanical System 、Micro system 、微系統(tǒng)技術(shù)、Micro machine 、微機械、Micro & Nano技術(shù)、Microsensor,通過初次檢索擴查看IPC分類號,根據(jù)同一類的IPC號進行二次篩選,再由不同類的IPC號進行第三次篩選得出最終結(jié)果。檢索時間為2017年9月26日,專利檢索范圍為1997-2017年。通過Orbit數(shù)據(jù)庫共找到2000年至2017年間收錄專利組有122061個。

2 專利態(tài)勢分析

2.1 優(yōu)先權(quán)年分析

1997年至2017年間公開的MEMS傳感器相關(guān)專利優(yōu)先權(quán)年分布情況如下圖1所示,可以看出全球每年申請的相關(guān)專利勢態(tài)良好,尤其在2000年以后。根據(jù)文獻報道可知MEMS傳感器的發(fā)展分為三個階段:

第一次MEMS傳感器浪潮是20世紀(jì)90年代開始的,收益于汽車安全系統(tǒng)的驅(qū)動,MEMS傳感器迎來了飛速發(fā)展,從圖1可以看出,從1997年至2000年MEMS傳感器專利增長迅速。第二次浪潮是2000年開始,受益于消費電子,全球MEMS傳感器專利申請量最高達到8000件。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,MEMS傳感器迎來第三次浪潮。由圖2、圖3可以看出,前十名MEMS傳感器專利申請國中,以美國最為突出,1997年至2017年專利的申請量達到7.5萬件,占比24%。第二名是日本,專利量為5萬件,占比16%。我國占據(jù)第三位,尤其在近幾年,專利申請飛速增長,占比15%。第四名是世界知識產(chǎn)權(quán)組織(WO),專利量將近3萬件,占比9%。第五名是韓國,專利量占比9%,第六名為歐洲,專利量占比7%。

圖1 MEMS傳感器專利優(yōu)先權(quán)年分布情況

圖2 全球主要國家(地區(qū))MEMS專利優(yōu)先權(quán)年分布情況

圖3 全球主要國家(地區(qū))MEMS專利數(shù)量占比情況

2.2 專利權(quán)人分析

MEMS傳感器專利數(shù)量領(lǐng)先的前20名公司如圖4所示,分別是韓國三星電子公司、日本精工愛普生公司、日本東電電子公司、日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社、***積體電路制造股份有限公司(簡稱臺積電)、美國應(yīng)用材料公司、德國羅伯特·博世有限公司(Bosch)等。MEMS專利公司主要來自日本、韓 國、美國及德國。雖然我國MEMS傳感器的專利數(shù)量排名第三,總體上具有優(yōu)勢,但是除了臺積電之外,在MEMS傳感器上的專利布局的龍頭公司幾乎沒有,說明我國在MEMS傳感器上的發(fā)展較日本、韓國、美國及德國等還有一定差距。

圖4 在MEMS專利數(shù)量上領(lǐng)先的前20家公司

由圖5可以看出,前20名公司在專利布局的趨勢基本一致,1997年至2006年,專利申請量呈逐年上升勢態(tài),受益于MEMS傳感器在汽車電子中的大規(guī)模應(yīng)用,在2006年之后其在汽車電子上的應(yīng)用基本趨于飽和,因此2006年至2010年企業(yè)在MEMS傳感器的申請量略有下降。自2010年后,MEMS傳感器在消費電子上的應(yīng)用開始爆發(fā),故2010年至2014年企業(yè)在MEMS傳感器的申請量呈現(xiàn)小幅度上升趨勢,但是在2014年后其在消費電子的應(yīng)用也將近飽和,因此2014年至2017年呈下降趨勢。這與文獻報道的MEMS傳感器的發(fā)展浪潮趨勢相一 致,未來隨著新型產(chǎn)業(yè)如物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、無人駕駛、智慧醫(yī)療及智能機器人等下游應(yīng)用端的商業(yè)化進程,MEMS傳感器將迎來第三次浪潮。

圖5 前20名公司專利優(yōu)先權(quán)年分布情況

2.3 技術(shù)領(lǐng)域分析

進一步分析MEMS傳感器技術(shù)的IPC按小類的分布情況,表1列出了專利數(shù)量排在前15位的小類??梢钥闯?,排在第一名是H01L小類,專利量共有62718項;第二名是G02B,專利量為22733項;第三名是B81C,專利量為14054項。其中屬于G部的最多,體現(xiàn)了MEMS傳感器的工作原理及測量對象。其次為H部,體現(xiàn)了MEMS傳感器的所屬領(lǐng)域。再次為B部,體現(xiàn)了MEMS傳感器的制備方法、裝置和系統(tǒng)。

表1 MEMS傳感器專利IPC小類分析

3 結(jié)論

本文通過對全球范圍內(nèi)優(yōu)先權(quán)年為1997-2017年期間,MEMS傳感器專利的優(yōu)先權(quán)年、專利權(quán)人及技術(shù)領(lǐng)域的分析研究,得出如下結(jié)論:

(1)通過對專利優(yōu)先權(quán)年的分析可以看出,MEMS傳感器受益于汽車電子及消費電子的發(fā)展,專利數(shù)量自1997年開始快速增長,2000年后申請數(shù)量開始保持在相對平穩(wěn)的狀態(tài),而近幾年尤其在2016年后,MEMS傳感器專利數(shù)量開始明顯下降,這是由于MEMS在汽車電子及消費電子領(lǐng)域的應(yīng)用已趨于飽和,而新增產(chǎn)業(yè)如物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用還沒有形成規(guī)模。未來隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,MEMS傳感器將迎來新一輪的發(fā)展高峰。

(2)通過對MEMS專利主要國家及地區(qū)的分析可以看出,MEMS傳感器申請量主要集中在美國、日本、中國及世界知識產(chǎn)權(quán)組織等。雖然我國的專利數(shù)量占據(jù)全球第三的位置,但是專利質(zhì)量較差,核心專利較少。建議我國企業(yè)及研發(fā)機構(gòu)加大MEMS傳感器技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)力度及國際專利的申請。

(3)通過對MEMS傳感器專利權(quán)人的分析可以看出,規(guī)模以上的企業(yè)有韓國三星電子、日本愛普生、美國應(yīng)用化學(xué)、德國博世等公司,這些公司掌握了MEMS傳感器的核心技術(shù),并占據(jù)全球MEMS傳感器市場主要份額。我國僅有臺積電(中國***)上榜,主要是因為我國MEMS傳感器專利集中在高校、研究所等單位,產(chǎn)業(yè)化程度不高。同時企業(yè)自主研發(fā)能力薄弱,政府對MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)的支持力度有限,這些因素制約了MEMS傳感器的發(fā)展。隨著近幾年下游應(yīng)用端的發(fā)展,MEMS傳感器受到政府及企業(yè)的重視。政府以基金或項目的方式在資金或政策上基于MEMS傳感器的支持,企業(yè)也通過收購、并購、交流合作等方式布局MEMS傳感器,如國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金出資20億人民幣助力耐威科技布局8英寸MEMS代工線。未來建議企業(yè)與高?;蜓芯克訌姰a(chǎn)學(xué)研合作,建議政府大力支持下,加緊在MEMS傳感器領(lǐng)域的布局。

未來MEMS傳感器將是物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智能機器人、智慧醫(yī)療及無人駕駛等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的重要條件,隨著下游應(yīng)用的發(fā)展,MEMS傳感器將迎來發(fā)展高峰。

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原文標(biāo)題:1997-2017年全球MEMS傳感器專利分析

文章出處:【微信號:MEMSensor,微信公眾號:MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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