COOLMOS核心专利引文分析

李介胜

摘要：核心专利带动技术发展。本文检索了COOLMOS核心专利的引文专利数据，分析了这些专利的申请趋势、主要申请人，以英飞凌为代表进一步分析了如何在核心专利的基础上进行专利布局，借助专利稳固自身的市场地位。

关键词：COOLMOS；核心专利；外围专利；引文

中图分类号：TN386 文献标识码：A 文章编号：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也就是超級结MOSFET，这是沿用了英飞凌的叫法。1998年，英飞凌成功推出COOLMOS，600V的晶体管导通电阻仅有70mΩ，这给英飞凌带来了新的业绩增长点，当今的COOLMOS市场中英飞凌占据了一半以上的份额，其余的供应商还有意法半导体、飞兆、威世、瑞萨、华虹NEC等。

常规功率MOSFET的主要缺点是导通电阻大，功率MOSFET的发展是围绕着不断协调阻断电压和导通电阻两者之间的矛盾而进行的。COOLMOS结构是由VDMOS派生而来的，它是在N-外延层中注入一个与外延层掺杂相反的P-型细圆柱阱。当加上反偏电压时，器件内部不仅存在纵向电场，而且存在横向电场。如果在击穿之前，N-区和圆柱阱能完全耗尽，则器件的击穿电压仅依赖N-漂移区的厚度，而与N-区的掺杂浓度及圆柱阱的掺杂浓度无关。且N-区的掺杂浓度和圆柱阱的电荷补偿越充分，其阻断电压就越高。由于N-外延层中的掺杂浓度提高因而其导通电阻大大降低，由此COOLMOS解决了VDMOS中阻断电压与导通电阻之间的矛盾[1]。最近，英飞凌推出了最新的高压超级结MOSFET技术的产品600V COOLMOSTM CFD7，它不仅拥有快速开关技术的所有优势，还兼具高换相稳固性，同时不影响在设计过程中的轻松部署，拥有更低的栅极电荷和更好的关断性能，其反向恢复电荷比市场上的竞争性产品低69%之多[2]。

通常国际上认可的COOLMOS的核心专利包括以下3篇：1988年，飞利浦公司申请的专利US4754310A，第一次提出了采用PN交替结构来取代单一轻掺杂浓度的漂移区，有效降低导通电阻；1993年电子科技大学陈星弼教授申请的专利US5216275A（中文同族专利CN1056018A），提出在VDMOS器件中用多个PN间隔来做外延漂移区的概念，并称其为复合缓冲层，陈星弼教授在专利中给出的示意结构，跟当前主流的COOLMOS器件已经十分相似，陈教授在专利中还分析了PN交替掺杂的漂移区的三维分布方式；1995年西门子公司申请的专利US5438215A，提出与陈教授类似的思路和应用方案。这3份专利提出了一种全新的思路，新的器件结构使陷入硅限瓶颈的人们为之振奋。在这之后，人们基于此前这三人的思路和理论推导，对基于此方向的新型高压器件进行了深入的研究和开发。

被引次数是指专利被后续专利引用的次数，如果一项专利被后续专利频繁引用，则说明该专利对后续的发明有很强的影响力，那么该专利属于核心专利，具有较高的专利价值，被引次数已经被广泛用作专利质量指标[3]。另外，被引次数易于进行数据统计，评价相对客观。专利引用一般包括申请人的专利引文、检索报告中的专利引文以及审查期间的专利引文，本文使用SIPOABS数据库对COOLMOS的3篇核心专利的引文数据进行检索，对获得的数据进行进一步的整理分析。

COOLMOS的3篇核心专利的被引次数都超过了300次，分别为347次、427次、326次，它们从申请之日起在业内得到了持续的关注，虽然它们的申请时间较早，现在都已失效或即将失效，但它们都维持了发明专利保护的最长期限，这些都肯定了它们的核心地位。引用这3篇核心专利的至少1篇的专利数量为620项，之所以小于上述被引次数的加和，是由于有的专利引用了其中的2篇，有的甚至引用了3篇。图1给出了这620项专利的申请年份分布图。由图中可以看出，从1997年开始，这些专利被大量引用，申请人在核心专利的基础上进行进一步研发改进，产生了大量的专利，于2001年达到最大值86项，其后随着技术的更新，其被引次数逐年降低，2015年后几乎没有出现引证这些专利的申请。这与技术发展的趋势也是吻合的。

核心专利的出现能够带动本领域的从业者在该专利申请的基础上迅速介入研究，产出大量的专利申请，并开发出质量较高的专利申请，针对引证这些核心专利的申请人进行研究，能够发现已经进入或计划进入该专利产生的市场的公司，从一个侧面反映该市场的竞争情况。图2示意了这620项专利的前10位申请人，其中英飞凌和飞兆处于第一集团，分别有98项和96项专利申请。超过30项的公司有5家，其中富士电机申请量为42项。后3家公司的申请量也在20项左右。前10位申请人的申请量为423项，占全部申请量的接近70%，可以看出行业集中度比较高，生产COOLMOS产品的公司都在这3篇核心专利周围实施外围专利战略，多次引用该专利，产生了大量外围专利，并且出现了许多被引次数较多、质量较高的专利申请。然而，也有例外，拥有较多市场份额的意法半导体引用这些专利的次数仅有12次，且没有被引频次特别高的专利。

这3篇核心专利中陈星弼教授的专利US5216275A（中文同族专利CN1056018A）可以说是现今COOLMOS的基石，陈教授提出的复合缓冲层（CB）及异型岛结构，是一种耐压层上的结构创新，不仅可用于垂直功率MOSFET，还可用于功率IC的关键器件LDMOS等功率半导体器件中，可称为功率半导体器件发展史上的里程碑，该发明由此也名列2002年信息产业部3项信息技术重大发明之首位。陈星弼教授的该项专利在2000年转让于动力莫斯非特技术有限公司（POWER MOSFET TECHNOLOGIES），并于2002年再次转让于美国的三维半导体股份有限公司。2011年5月4日该专利因有效期届满而失效。

当一件产品的核心专利没有掌握在自己手中时，我们应该如何处理呢？这里，英飞凌给出了很好的答案。英飞凌凭借其在半导体制造领域成熟的生产线、充足的研发经验，以及敏锐的市场嗅觉，率先推出了COOLMOS产品。动力莫斯非特技术有限公司就该项专利向英飞凌提起侵权诉讼，英飞凌也因此支付了大量的专利许可费用，但反观现今的COOLMOS市场，其获得的回报也是超值的。

在专利方面，英飞凌也不会任人宰割，前文已经提到其围绕这些核心专利申请了98项专利，其中引用US5216175A的就有59项，英飞凌围绕该核心专利周围设置了许多原理相同技术方案不同的专利，形成一个庞大的外围专利网，这些专利申请主要从结构的改进以及工艺的完善两方面入手，结构改进的主要目的是在保证不影响其他性能参数的情况下，尽量降低导通压降，主要的结构改进包括超结形状、位置的变化（例如US2009152667A1、US2001050549A1），以及超结中掺杂浓度的变化（例如US2008150073A1、US2003155610A1），还包括在超结型结构中引入电介质层（例如CN101288179A、US6201279B1）；实现COOLMOS中超级结的方法主要有多次不同深度离子注入（例如US2004067625A1）、多层外延（例如US2003011039A1）以及刻槽工艺（例如US6649459B2、US2009108303A1），这些在英飞凌的这59项专利中均有涉及，当然，结构改进的专利申请中大多也包含相应的制备方法，这种缜密的外围专利布局进一步巩固了英飞凌在该领域的市场地位，并用来抵御他人对其专利的进攻并遏止竞争对手技术扩张。2008年，飞兆半导体在美国对英飞凌提起诉讼，控告这家德国公司的COOLMOS晶体管和OptiMOS电源管理器件以及IGBT，同年，英飞凌向美国特拉华州地方法院对飞兆提起诉讼，本诉和反诉标的包括与COOLMOS晶体管以及沟槽式功率MOSFET和IGBT功率晶体管有关的14项专利。通过广泛的半导体技术专利交叉许可，双方就上述诉讼达成和解。根据和解协议，飞兆半导体将向英飞凌支付许可费，但协议的具体条款和条件保密，英飞凌和飞兆半导体将通知美国特拉华州地方法院，双方已经达成和解。作为半导体行业的领军人物，英飞凌目前正在和多家半导体公司进行专利许可谈判。这些谈判对持续保护其知识产权和商业利益至关重要，而用于谈判的筹码就是英飞凌多年累积的核心专利以及围绕自己或他人的核心专利所进行的外围专利布局战略，COOLMOS就是英飞凌利用他人核心专利为自己赢得市场和技术优势的一个典型案例。

总之，核心专利带动技术发展，在核心专利出现后的几年内，技术处于高速发展期，在研发的同时需要进行专利布局，为占领市场奠定基础。COOLMOS领域英飞凌很好地做到了这一点，其围绕COOLMOS核心专利进行了大量的外围专利布局，这种缜密的外围专利布局進一步巩固了英飞凌在该领域的市场地位，用来抵御他人对其专利的进攻并遏止竞争对手技术扩张。

参考文献：

[1] 王彩琳，高勇.新型电力电子器件及其进展[J].集成电路应用，2003（11）：41-47.

[2] 600V COOLMOSTM CFD7 SJ MOSFET将性能提升到全新水准[J].半导体信息，2017（6）：9.

[3] 万小丽，朱雪忠.国际视野下专利质量指标研究的现状与趋势[J].情报杂志，2009（7）：49-54.