集成電路產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與專利協(xié)同創(chuàng)新研究

關(guān)鍵詞：集成電路，標(biāo)準(zhǔn)，專利，協(xié)同創(chuàng)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(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，以5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算為代表的技術(shù)革命將引發(fā)國際產(chǎn)業(yè)分工重大調(diào)整，顛覆性技術(shù)不斷涌現(xiàn)。集成電路作為新興產(chǎn)業(yè)的核心支撐，正在重塑全球產(chǎn)業(yè)與科技競爭格局。本文以集成電路宏觀產(chǎn)業(yè)為研究對(duì)象，探索集成電路產(chǎn)業(yè)專利分析方法和路徑，建立產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)、創(chuàng)新資源分布和專利分布、標(biāo)準(zhǔn)分布情況的多維分析模型，通過產(chǎn)業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)、專利三者間的匹配分析，找出產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域和方向、關(guān)鍵共性技術(shù)的核心和專利布局的重點(diǎn)。

1 集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 美國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

美國是全球半導(dǎo)體和集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，無論是芯片設(shè)計(jì)、制造，還是與之密切相關(guān)的軟件工具、半導(dǎo)體設(shè)備等領(lǐng)域，美國都處于領(lǐng)先地位。隨著全球各個(gè)地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，與美國之間的差距逐漸縮小，美國為了保持其產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，采取了一些非常規(guī)操作來削弱日本、中國等競爭者的競爭力。美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)占據(jù)全球近一半的市場份額[1]。全球半導(dǎo)體銷售額從2001年的1390億美元增長到2022年的5740億美元，復(fù)合年增長率為6.67%。其中，總部位于美國的半導(dǎo)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(fù)合年增長率為6.7%，在全球市場的占比達(dá)到48%。

1.2 日本集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

日本集成電路產(chǎn)業(yè)是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)版圖中的重要一環(huán)，擁有一大批知名的半導(dǎo)體企業(yè)。從引進(jìn)美國技術(shù)到自主創(chuàng)新，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速崛起，并在20世紀(jì)80年代超越美國占據(jù)“頭把交椅”。雖然后面受美國打壓，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)影響力持續(xù)下滑，但在半導(dǎo)體材料、設(shè)備、功率半導(dǎo)體等領(lǐng)域依然擁有強(qiáng)大競爭力，并積累形成了諸多知名企業(yè)，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(xué)、大日本印刷、凸版印刷、大陽日酸、關(guān)東電化、日立化成、富士美、東京應(yīng)化、JSR、信越化學(xué)等代表性企業(yè)，在細(xì)分領(lǐng)域都擁有很強(qiáng)的競爭力。

1.3 韓國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭力強(qiáng)。存儲(chǔ)領(lǐng)域，韓國從追隨者成為領(lǐng)跑者。存儲(chǔ)領(lǐng)域曾經(jīng)由美國主導(dǎo)了十年，而后日本接棒又坐了十年頭把交椅，20世紀(jì)90年代后韓國憑借著DR AM的飛速發(fā)展，再加上美國對(duì)日本的壓制，摘下世界第一的桂冠，并持續(xù)到了今天。研究機(jī)構(gòu)IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，在2021年DRAM市場中，三星以43.6%的份額占據(jù)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(dǎo)體設(shè)備與材料領(lǐng)域，韓國產(chǎn)品的競爭力也在不斷增強(qiáng)。

1.4 中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)與核心，被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)的糧食”，在電子設(shè)備、通信、軍事等方面得到廣泛應(yīng)用，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國家安全具有重要的戰(zhàn)略意義。受益消費(fèi)電子、PC等市場蓬勃發(fā)展，以及國產(chǎn)替代不斷推進(jìn)，國內(nèi)集成電路市場規(guī)模不斷擴(kuò)張。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023年中國集成電路行業(yè)研究報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，我國集成電路行業(yè)市場規(guī)模由2017年的5411億元增長至2022年的12，036億元，復(fù)合年增長率為17.3%。中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師表明，2023年我國集成電路行業(yè)市場規(guī)模達(dá)13，093億元，同比增長8.8%[3]。

2 集成電路產(chǎn)業(yè)專利布局現(xiàn)狀

2.1 產(chǎn)業(yè)分類體系確定

在專利分析中，技術(shù)分解是將一個(gè)專利文件或?qū)＠M合的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)分、拆解和分類的過程。通過技術(shù)分解，可以深入了解專利中涉及的具體技術(shù)細(xì)節(jié)，找出專利的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)也有助于對(duì)整個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行更深入的研究。

技術(shù)分解通常包括：（1）了解專利內(nèi)容：首先，需要仔細(xì)閱讀和理解專利文件，了解其所涉及的技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)要點(diǎn)。這包括專利的摘要、說明書、權(quán)利要求等部分。（2）抽取關(guān)鍵技術(shù)詞匯：根據(jù)專利文件中的術(shù)語和關(guān)鍵詞匯，抽取出與技術(shù)相關(guān)的關(guān)鍵詞匯。（3）技術(shù)分類：根據(jù)專利內(nèi)容中的技術(shù)特點(diǎn)和關(guān)鍵詞匯，將專利進(jìn)行分類。（4）技術(shù)細(xì)節(jié)拆解：在每個(gè)技術(shù)分類下，進(jìn)一步拆解專利的技術(shù)細(xì)節(jié)。根據(jù)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)以及產(chǎn)業(yè)分析報(bào)告的歸納與總結(jié)，按照集成電路產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，繪制產(chǎn)業(yè)分類體系見表1。

2.2 全球?qū)＠l(fā)展態(tài)勢(shì)

圖1為集成電路產(chǎn)業(yè)在全球及中國范圍內(nèi)的專利申請(qǐng)量隨年份變化分布趨勢(shì)，可以看出，2004—2007全球申請(qǐng)量趨于穩(wěn)定；由于受到全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，全球申請(qǐng)量在2005—2009年有所下降，之后全球申請(qǐng)量基本保持穩(wěn)定增長趨勢(shì)。中國申請(qǐng)量一直處于增長態(tài)勢(shì)，在2008—2009年申請(qǐng)量未出現(xiàn)下滑趨勢(shì)，2021年中國專利申請(qǐng)量達(dá)到14，814件。全球2011—2021年申請(qǐng)量平均年增長率為2.3%，中國2011—2021年申請(qǐng)量平均年增長率為10.3%[4]。從全球重點(diǎn)國家專利布局情況來看，日本專利布局量占比最多，申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到243，050件；其次是中國專利布局量，申請(qǐng)相關(guān)專利218，859件；此外，美國和韓國也在該領(lǐng)域內(nèi)布局大量相關(guān)專利。

2.3 重點(diǎn)國家（地區(qū)）專利布局對(duì)比分析

國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)上中下游的產(chǎn)品布局正在不斷優(yōu)化，對(duì)比美國、日本、歐洲和韓國等幾個(gè)國家的專利技術(shù)，如表2所示，在集成電路產(chǎn)業(yè)上中下游，我國的專利布局具有明顯優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)并不多，但是具有明顯短板的產(chǎn)業(yè)十分突出，如光刻機(jī)、離子注入機(jī)、涂膠顯影設(shè)備等領(lǐng)域，我國專利布局有待加強(qiáng)。從橫向?qū)Ρ葋砜?，由于集成電路產(chǎn)業(yè)國際分工明顯、技術(shù)布局具有全球性，美國并不能在所有技術(shù)領(lǐng)域?qū)ξ覈M(jìn)行專利封鎖，并形成專利布局優(yōu)勢(shì)。

將歐洲、美國、中國、韓國、日本集成電路產(chǎn)業(yè)鏈PCT專利①進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。中國申請(qǐng)人在集成電路領(lǐng)域PCT布局中有7個(gè)節(jié)點(diǎn)位居全球第一，分別是：掩模版、氧化爐、離子注入機(jī)、切割機(jī)、封裝設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、封裝工藝。

日本申請(qǐng)人在15個(gè)節(jié)點(diǎn)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(xué)品、封裝材料、CVD/ PVD、光刻機(jī)、涂膠/顯影設(shè)備、刻蝕機(jī)、拋光設(shè)備、清洗設(shè)備、研磨機(jī)、制造工藝、測(cè)試工藝。美國在3個(gè)節(jié)點(diǎn)位居全球第一，分別是：EDA、芯片設(shè)計(jì)以及電子特種氣體。由此可見，在具有較高價(jià)值的PCT專利申請(qǐng)中，日本在全球集成電路產(chǎn)業(yè)的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的專利布局上具有較為全面的優(yōu)勢(shì)。

3 集成電路產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)勢(shì)現(xiàn)狀

3.1 標(biāo)準(zhǔn)態(tài)勢(shì)分析

集成電路領(lǐng)域自70年代便開始發(fā)布并實(shí)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)②，三次發(fā)表高峰分別為1993—1995年、2006—2010年、2015—2018年，其中，2018年實(shí)施95項(xiàng)、2016年實(shí)施69項(xiàng)、1994年實(shí)施63項(xiàng)，為歷史上最多的三個(gè)年度，如圖2所示。由于國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從立項(xiàng)到發(fā)布實(shí)施通常需要1.5年到3年的周期，因此近兩年標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)量有滯后性。

3.2 產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)布局分析

對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)布局分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4所示。芯片設(shè)計(jì)、測(cè)試工藝、制造工藝、硅晶圓環(huán)節(jié)整體標(biāo)準(zhǔn)布局?jǐn)?shù)量多，而上游的制造設(shè)備屬于標(biāo)準(zhǔn)布局的弱勢(shì)環(huán)節(jié)，且兩極分化較為嚴(yán)重，標(biāo)準(zhǔn)布局出現(xiàn)較大不均衡的情況。在細(xì)分節(jié)點(diǎn)上，各個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)分布也不均衡，其中芯片設(shè)計(jì)的數(shù)量最多，543件；其次是測(cè)試工藝，293件；排名第三的是硅晶圓161件。在上游領(lǐng)域，除了硅晶圓的標(biāo)準(zhǔn)比較多之外，其他的集成電路材料以及設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)分布均比較少，中游晶圓制造和封裝測(cè)試相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模還有較大提升空間。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)表技術(shù)路線圖

3.3.1 技術(shù)關(guān)鍵詞分析

如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)表技術(shù)路線圖中的關(guān)鍵詞中，測(cè)量方法、半導(dǎo)體集成電路、半導(dǎo)體器件關(guān)鍵詞高頻出現(xiàn)，依次是各類型集成電路元器件、封裝等。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)前20的高頻關(guān)鍵詞見表5，排名前5的高頻關(guān)鍵詞依次：測(cè)試方法這一關(guān)鍵詞的詞頻是190次，半導(dǎo)體集成電路是168次，測(cè)量方法是69次，半導(dǎo)體器件是65次，檢查評(píng)定是60次。從標(biāo)準(zhǔn)布局來看，我國在集成電路標(biāo)準(zhǔn)指定方面主要針對(duì)集成電路的測(cè)試、測(cè)量進(jìn)行了大量的標(biāo)準(zhǔn)布局。而在半導(dǎo)體制造、封裝、半導(dǎo)體材料、耗材方面的標(biāo)準(zhǔn)制定的標(biāo)準(zhǔn)并不多。

從重點(diǎn)關(guān)鍵詞可以看出，在集成電路領(lǐng)域，測(cè)試方法是出現(xiàn)頻次最高的關(guān)鍵詞，這與我國在標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域主要部門工作就是展開對(duì)各類產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品合格、產(chǎn)品質(zhì)量檢查等核心工作有密切關(guān)系。

3.3.2 近六年標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵詞熱點(diǎn)趨勢(shì)

從集成電路標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)關(guān)鍵詞趨勢(shì)圖（見圖6）可以看出，關(guān)鍵詞趨勢(shì)的變化較大，而產(chǎn)業(yè)節(jié)點(diǎn)的變化相對(duì)穩(wěn)定。2017—2019年，主要以芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)為主，2020年以后以硅晶圓領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)為主。

由于我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展滯后于歐美主要國家，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制定受限于技術(shù)壁壘和產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)在封裝、設(shè)計(jì)、制造等領(lǐng)域不斷突破美國的技術(shù)圍堵，集成電路行業(yè)國產(chǎn)替代需求的不斷發(fā)力，標(biāo)準(zhǔn)制定也不斷從封測(cè)向晶圓制造推進(jìn)，從設(shè)計(jì)到制造的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵詞變化趨勢(shì)也反應(yīng)出我國技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的變化。

3.3.3 集成電路產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)專利與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

從表6統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上可以看出，我國在集成電路各個(gè)產(chǎn)業(yè)節(jié)點(diǎn)的專利數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)關(guān)系中，存在以下數(shù)據(jù)特點(diǎn)：

1）EDA、光刻膠、封裝材料、封裝設(shè)備單位專利標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)出率低。

2）芯片設(shè)計(jì)、硅晶圓、刻蝕機(jī)單位專利標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)出率高。EDA、光刻膠、封裝材料、封裝設(shè)備出現(xiàn)專利多標(biāo)準(zhǔn)少現(xiàn)象；芯片設(shè)計(jì)、硅晶圓、刻蝕機(jī)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)多專利少的現(xiàn)象。技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的不均衡性十分明顯，我國在相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定能力和技術(shù)水平依然十分落后。將國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)與專利數(shù)據(jù)在各個(gè)產(chǎn)業(yè)件上進(jìn)行細(xì)分對(duì)比，可以看出來在單位專利數(shù)量上對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的關(guān)系，進(jìn)一步探查在專利技術(shù)轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中的相互關(guān)系。

4 結(jié)論和建議

當(dāng)前美日歐積極推進(jìn)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(duì)美本土制造領(lǐng)域投資，歐盟也于2 0 2 2年2月發(fā)布了420億歐元的《芯片法案》，要求國外設(shè)備供應(yīng)廠商優(yōu)先供應(yīng)其本國需要，我國在設(shè)備采購中面臨設(shè)備交付期延長、非先進(jìn)制程供應(yīng)受到擠壓等困難。我國在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中面臨“卡脖子”技術(shù)難題，國內(nèi)廠商積極布局半導(dǎo)體各個(gè)領(lǐng)域，其中就涉及半導(dǎo)體行業(yè)所需材料/化學(xué)品板塊。從半導(dǎo)體原材料到轉(zhuǎn)化為各式各樣的集成電路或者分立器件，其轉(zhuǎn)化過程利用了幾百種復(fù)雜程度不同的化學(xué)反應(yīng)。在半導(dǎo)體的制造工業(yè)中，芯片制造首要是一種化學(xué)工藝，其次需要大量的特殊材料和化學(xué)品。

基于全球?qū)＠季址治?，芯片設(shè)計(jì)、封裝設(shè)備、制造工藝三大產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，是近十年的專利布局的主要產(chǎn)業(yè)技術(shù)方向，三者專利布局總量占據(jù)每年專利申請(qǐng)量超過50%。上游在一級(jí)分類中的材料/化學(xué)品與制造設(shè)備環(huán)節(jié)，二級(jí)分類相對(duì)分散，占比也比較少，這與集成電路制造集中為IDM生產(chǎn)模式密切相關(guān)，由于生產(chǎn)的集中，生產(chǎn)設(shè)備的制造商下游客戶相對(duì)也比較集中，導(dǎo)致競爭不充分。根據(jù)專利與標(biāo)準(zhǔn)的綜合分析，測(cè)試工藝是標(biāo)準(zhǔn)布局的熱點(diǎn)環(huán)節(jié)，共布局標(biāo)準(zhǔn)293件，而同時(shí)該領(lǐng)域的專利布局量僅8397件，因此，每千件專利的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)出率高達(dá)34.9，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱點(diǎn)，同時(shí)也是專利創(chuàng)新空白點(diǎn)，建議如下：

（1）充分利用知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中心預(yù)審職能與政策，加速在重點(diǎn)技術(shù)突破領(lǐng)域的發(fā)明專利確權(quán)速度。

（2）充分發(fā)揮電子信息行業(yè)重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)起草單位優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)在產(chǎn)業(yè)化及產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展中作用，提升產(chǎn)業(yè)與企業(yè)競爭力，并從標(biāo)準(zhǔn)起草、實(shí)施等環(huán)節(jié)幫助企業(yè)加速行標(biāo)、國標(biāo)甚至國際標(biāo)準(zhǔn)的快速落地，并制定聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)必要專利的聲明與評(píng)估政策機(jī)制。

（3）制定標(biāo)準(zhǔn)鼓勵(lì)政策，相關(guān)部門可以通過參與國家級(jí)科研項(xiàng)目、行業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)獎(jiǎng)等方面幫助企業(yè)了解參與標(biāo)準(zhǔn)制定的好處、在企業(yè)經(jīng)營市場拓展時(shí)的優(yōu)勢(shì)等，同時(shí)給予一定鼓勵(lì)政策，幫助企業(yè)降低在專利申報(bào)、標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)的成本付出。

（4）開展相關(guān)講座與培訓(xùn)，圍繞如何參與標(biāo)準(zhǔn)制定、如何構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)必要專利、如何應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)幫助企業(yè)提升市場競爭力等角度，邀請(qǐng)國家級(jí)專業(yè)機(jī)構(gòu)與專家，展開相關(guān)培訓(xùn)與講座，切實(shí)幫助企業(yè)提升科技成果保護(hù)的意識(shí)。

作者簡介

陳大紀(jì)，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)協(xié)同創(chuàng)新。

高艷炫，通信作者，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)協(xié)同創(chuàng)新。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）