集成电路产业标准与专利协同创新研究

关键词：集成电路，标准，专利，协同创新

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

0 引言

随着新一轮科技革命、产业变革加速演进，以5G通信、人工智能、物联网、云计算为代表的技术革命将引发国际产业分工重大调整，颠覆性技术不断涌现。集成电路作为新兴产业的核心支撑，正在重塑全球产业与科技竞争格局。本文以集成电路宏观产业为研究对象，探索集成电路产业专利分析方法和路径，建立产业发展状态、创新资源分布和专利分布、标准分布情况的多维分析模型，通过产业、标准、专利三者间的匹配分析，找出产业重点发展的领域和方向、关键共性技术的核心和专利布局的重点。

1 集成电路产业发展现状

1.1 美国集成电路产业发展现状

美国是全球半导体和集成电路产业的发源地，无论是芯片设计、制造，还是与之密切相关的软件工具、半导体设备等领域，美国都处于领先地位。随着全球各个地区半导体产业的快速发展，与美国之间的差距逐渐缩小，美国为了保持其产业优势，采取了一些非常规操作来削弱日本、中国等竞争者的竞争力。美国半导体产业占据全球近一半的市场份额[1]。全球半导体销售额从2001年的1390亿美元增长到2022年的5740亿美元，复合年增长率为6.67%。其中，总部位于美国的半导体公司的销售额从2001年的711亿美元增长到2022年的2750亿美元，复合年增长率为6.7%，在全球市场的占比达到48%。

1.2 日本集成电路产业发展现状

日本集成电路产业是全球半导体产业版图中的重要一环，拥有一大批知名的半导体企业。从引进美国技术到自主创新，日本半导体产业快速崛起，并在20世纪80年代超越美国占据“头把交椅”。虽然后面受美国打压，半导体产业影响力持续下滑，但在半导体材料、设备、功率半导体等领域依然拥有强大竞争力，并积累形成了诸多知名企业，主要分布在东京和九州硅岛。如东京电子、迪恩士（SCREEN）、罗姆、尼康、铠侠、瑞萨、东芝、日亚化学、大日本印刷、凸版印刷、大阳日酸、关东电化、日立化成、富士美、东京应化、JSR、信越化学等代表性企业，在细分领域都拥有很强的竞争力。

1.3 韩国集成电路产业发展现状

韩国半导体产业竞争力强。存储领域，韩国从追随者成为领跑者。存储领域曾经由美国主导了十年，而后日本接棒又坐了十年头把交椅，20世纪90年代后韩国凭借着DR AM的飞速发展，再加上美国对日本的压制，摘下世界第一的桂冠，并持续到了今天。研究机构IC Insights的数据显示，在2021年DRAM市场中，三星以43.6%的份额占据第一，SK海力士市占比为27.7%。美光排名第三，市占比为22.8%，仅韩国两大公司就包揽了71.3%[2]。在半导体设备与材料领域，韩国产品的竞争力也在不断增强。

1.4 中国集成电路产业发展现状

集成电路作为信息产业的基础与核心，被誉为“现代工业的粮食”，在电子设备、通信、军事等方面得到广泛应用，对经济建设、社会发展和国家安全具有重要的战略意义。受益消费电子、PC等市场蓬勃发展，以及国产替代不断推进，国内集成电路市场规模不断扩张。据中商产业研究院发布的《2023年中国集成电路行业研究报告》数据显示，我国集成电路行业市场规模由2017年的5411亿元增长至2022年的12，036亿元，复合年增长率为17.3%。中商产业研究院分析师表明，2023年我国集成电路行业市场规模达13，093亿元，同比增长8.8%[3]。

2 集成电路产业专利布局现状

2.1 产业分类体系确定

在专利分析中，技术分解是将一个专利文件或专利组合的技术内容进行细分、拆解和分类的过程。通过技术分解，可以深入了解专利中涉及的具体技术细节，找出专利的关键技术特点，同时也有助于对整个技术领域的发展趋势和技术创新进行更深入的研究。

技术分解通常包括：（1）了解专利内容：首先，需要仔细阅读和理解专利文件，了解其所涉及的技术内容和技术要点。这包括专利的摘要、说明书、权利要求等部分。（2）抽取关键技术词汇：根据专利文件中的术语和关键词汇，抽取出与技术相关的关键词汇。（3）技术分类：根据专利内容中的技术特点和关键词汇，将专利进行分类。（4）技术细节拆解：在每个技术分类下，进一步拆解专利的技术细节。根据对相关文献以及产业分析报告的归纳与总结，按照集成电路产业特点，绘制产业分类体系见表1。

2.2 全球专利发展态势

图1为集成电路产业在全球及中国范围内的专利申请量随年份变化分布趋势，可以看出，2004—2007全球申请量趋于稳定；由于受到全球经济危机的影响，全球申请量在2005—2009年有所下降，之后全球申请量基本保持稳定增长趋势。中国申请量一直处于增长态势，在2008—2009年申请量未出现下滑趋势，2021年中国专利申请量达到14，814件。全球2011—2021年申请量平均年增长率为2.3%，中国2011—2021年申请量平均年增长率为10.3%[4]。从全球重点国家专利布局情况来看，日本专利布局量占比最多，申请数量达到243，050件；其次是中国专利布局量，申请相关专利218，859件；此外，美国和韩国也在该领域内布局大量相关专利。

2.3 重点国家（地区）专利布局对比分析

国内集成电路产业上中下游的产品布局正在不断优化，对比美国、日本、欧洲和韩国等几个国家的专利技术，如表2所示，在集成电路产业上中下游，我国的专利布局具有明显优势的产业并不多，但是具有明显短板的产业十分突出，如光刻机、离子注入机、涂胶显影设备等领域，我国专利布局有待加强。从横向对比来看，由于集成电路产业国际分工明显、技术布局具有全球性，美国并不能在所有技术领域对我国进行专利封锁，并形成专利布局优势。

将欧洲、美国、中国、韩国、日本集成电路产业链PCT专利①进行分析，结果如表3所示。中国申请人在集成电路领域PCT布局中有7个节点位居全球第一，分别是：掩模版、氧化炉、离子注入机、切割机、封装设备、测试设备、封装工艺。

日本申请人在15个节点位居全球第一，分别是：硅晶圆、靶材、抛光材料、光刻胶、湿电子化学品、封装材料、CVD/ PVD、光刻机、涂胶/显影设备、刻蚀机、抛光设备、清洗设备、研磨机、制造工艺、测试工艺。美国在3个节点位居全球第一，分别是：EDA、芯片设计以及电子特种气体。由此可见，在具有较高价值的PCT专利申请中，日本在全球集成电路产业的各个关键技术和产业的专利布局上具有较为全面的优势。

3 集成电路产业标准态势现状

3.1 标准态势分析

集成电路领域自70年代便开始发布并实施相关标准②，三次发表高峰分别为1993—1995年、2006—2010年、2015—2018年，其中，2018年实施95项、2016年实施69项、1994年实施63项，为历史上最多的三个年度，如图2所示。由于国家标准、行业标准，从立项到发布实施通常需要1.5年到3年的周期，因此近两年标准数据量有滞后性。

3.2 产业链各个节点标准布局分析

对集成电路产业链节点标准布局分布进行统计，如表4所示。芯片设计、测试工艺、制造工艺、硅晶圆环节整体标准布局数量多，而上游的制造设备属于标准布局的弱势环节，且两极分化较为严重，标准布局出现较大不均衡的情况。在细分节点上，各个产业环节的标准分布也不均衡，其中芯片设计的数量最多，543件；其次是测试工艺，293件；排名第三的是硅晶圆161件。在上游领域，除了硅晶圆的标准比较多之外，其他的集成电路材料以及设备，标准分布均比较少，中游晶圆制造和封装测试相对标准较多。这也从一定程度上反映出我国在集成电路上游最核心的材料与设备领域，产业化规模还有较大提升空间。

3.3 标准发表技术路线图

3.3.1 技术关键词分析

如图3所示，标准发表技术路线图中的关键词中，测量方法、半导体集成电路、半导体器件关键词高频出现，依次是各类型集成电路元器件、封装等。

进一步统计前20的高频关键词见表5，排名前5的高频关键词依次：测试方法这一关键词的词频是190次，半导体集成电路是168次，测量方法是69次，半导体器件是65次，检查评定是60次。从标准布局来看，我国在集成电路标准指定方面主要针对集成电路的测试、测量进行了大量的标准布局。而在半导体制造、封装、半导体材料、耗材方面的标准制定的标准并不多。

从重点关键词可以看出，在集成电路领域，测试方法是出现频次最高的关键词，这与我国在标准领域主要部门工作就是展开对各类产品进行产品合格、产品质量检查等核心工作有密切关系。

3.3.2 近六年标准关键词热点趋势

从集成电路标准数据关键词趋势图（见图6）可以看出，关键词趋势的变化较大，而产业节点的变化相对稳定。2017—2019年，主要以芯片设计领域的标准为主，2020年以后以硅晶圆领域标准为主。

由于我国集成电路产业的发展滞后于欧美主要国家，相应的标准制定受限于技术壁垒和产业形式，具有一定的滞后性。随着近几年，特别是2018年以后，我国集成电路产业在封装、设计、制造等领域不断突破美国的技术围堵，集成电路行业国产替代需求的不断发力，标准制定也不断从封测向晶圆制造推进，从设计到制造的标准关键词变化趋势也反应出我国技术发展趋势的变化。

3.3.3 集成电路产业链节点专利与标准对比分析

从表6统计数据上可以看出，我国在集成电路各个产业节点的专利数据与标准数据关系中，存在以下数据特点：

1）EDA、光刻胶、封装材料、封装设备单位专利标准产出率低。

2）芯片设计、硅晶圆、刻蚀机单位专利标准产出率高。EDA、光刻胶、封装材料、封装设备出现专利多标准少现象；芯片设计、硅晶圆、刻蚀机出现标准多专利少的现象。技术发展与产业发展需求的不均衡性十分明显，我国在相关产业领域的标准制定能力和技术水平依然十分落后。将国内标准数据与专利数据在各个产业件上进行细分对比，可以看出来在单位专利数量上对应的标准数量的关系，进一步探查在专利技术转化与产业标准化生产中的相互关系。

4 结论和建议

当前美日欧积极推进集成电路制造的本地化，例如美国众议院在2022年2月通过《美国竞争法案》提出，英特尔宣布增加对美本土制造领域投资，欧盟也于2 0 2 2年2月发布了420亿欧元的《芯片法案》，要求国外设备供应厂商优先供应其本国需要，我国在设备采购中面临设备交付期延长、非先进制程供应受到挤压等困难。我国在全球半导体产业中面临“卡脖子”技术难题，国内厂商积极布局半导体各个领域，其中就涉及半导体行业所需材料/化学品板块。从半导体原材料到转化为各式各样的集成电路或者分立器件，其转化过程利用了几百种复杂程度不同的化学反应。在半导体的制造工业中，芯片制造首要是一种化学工艺，其次需要大量的特殊材料和化学品。

基于全球专利布局分析，芯片设计、封装设备、制造工艺三大产业链环节，是近十年的专利布局的主要产业技术方向，三者专利布局总量占据每年专利申请量超过50%。上游在一级分类中的材料/化学品与制造设备环节，二级分类相对分散，占比也比较少，这与集成电路制造集中为IDM生产模式密切相关，由于生产的集中，生产设备的制造商下游客户相对也比较集中，导致竞争不充分。根据专利与标准的综合分析，测试工艺是标准布局的热点环节，共布局标准293件，而同时该领域的专利布局量仅8397件，因此，每千件专利的标准产出率高达34.9，是产业发展热点，同时也是专利创新空白点，建议如下：

（1）充分利用知识产权保护中心预审职能与政策，加速在重点技术突破领域的发明专利确权速度。

（2）充分发挥电子信息行业重点标准起草单位优势，强化标准在产业化及产业集群发展中作用，提升产业与企业竞争力，并从标准起草、实施等环节帮助企业加速行标、国标甚至国际标准的快速落地，并制定联合标准必要专利的声明与评估政策机制。

（3）制定标准鼓励政策，相关部门可以通过参与国家级科研项目、行业协会报奖等方面帮助企业了解参与标准制定的好处、在企业经营市场拓展时的优势等，同时给予一定鼓励政策，帮助企业降低在专利申报、标准制定时的成本付出。

（4）开展相关讲座与培训，围绕如何参与标准制定、如何构建标准必要专利、如何应用标准帮助企业提升市场竞争力等角度，邀请国家级专业机构与专家，展开相关培训与讲座，切实帮助企业提升科技成果保护的意识。

作者简介

陈大纪，硕士研究生，高级工程师，研究方向为标准与知识产权协同创新。

高艳炫，通信作者，硕士研究生，工程师，研究方向为标准与知识产权协同创新。

（责任编辑：张瑞洋）