硅基MEMS制造技术分析

上海硅知识产权交易中心

MEMS(微电子机械系统)技术是一种使产品集成化、微型化、智能化的微型机电系统。在半导体集成电路技术之上发展起来的硅基MEMS制造技术目前使用十分广泛。

本文以中美两国在硅基MEMS制造技术领域中的专利态势作为分析对象，专利数据分别源自美国专利商标局和国家知识产权局网站的公开信息。数据截止日期为2010年10月25日。主要包括采集年限内已获授权的美国专利、已公开的美国专利申请以及已公开或已授权的中国专利申请，对于已被受理但尚未被公开的专利申请不在本文统计之列。

国外技术发展日趋成熟

上世纪80年代，在美国政府的高度重视下MEMS技术研发开始起步。1992年“美国国家关键技术计划”把“微米级和纳米级制造”列为“在经济繁荣和国防安全两方面都至关重要的技术”。此后美国国家自然基金会(NSF)、美国国防部先进研究计划署(DARPA)等机构先后对该项目给予了支持。

以MEMS术语以及其他半导体制造领域关键词进行检索，结果如图1。硅基MEMS制造技术在美国的专利总数呈逐年增长态势(美国专利商标局专利申请数据库只提供2001年至今的数据)。就专利申请数量来看，从2002年开始大幅度增加，从2008年至今发展平稳，表明该技术趋向成熟，相应专利授权数量稳定在550件以上。

由图2可知，拥有美国专利申请与授权专利的国家(地区)是美国、日本、韩国和中国台湾等，美国权利人/申请人拥有的授权专利数量远超其他国家，具有绝对优势。

在美国专利权利人/申请人排名前10位中有7家美国企业，这也充分表明美国在硅基MEMS制造技术领域占据一定优势。其中，Honeywell拥有的美国专利最多，且该公司的申请趋势还在持续上扬。在授权专利方面紧随其后的是英特尔公司，韩国三星公司，日本索尼公司、富士通公司分列第三、第九、第十位。而在已公开专利申请方面排名第二、三位的是三星公司与高通公司。

总体上，各个发达国家都非常重视硅基MEMS制造技术的研发。美国在硅基MEMS制造领域创新全球领先，近十年来成立了不少的MEMS创新公司，成为美国MEMS产业发展的支撑力量;欧洲MEMS产业经过相当长一段时间的累积，形成了一定数量的专利技术和成果，同时将目标市场锁定为汽车电子领域;日本公司在MEMS相关领域也有着不错的科技与技术积累，并且在MEMS基础研发上投入相当多的资源，颇具实力。

我国起步不晚发展较缓

我国MEMS的研究始于20世纪90年代初，起步并不晚。在“八五”、“九五”期间一直得到了科技部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委和原国防科工委的支持。

但是总体上国内MEMS制造技术与国外存在着较大差距，原因在于MEMS技术与IC技术相比在材料、结构、工艺、功能和信号接口等方面存在诸多差别，往往需要更小的尺寸和较高的精度。

硅基MEMS制造技术在国内的专利公开数量经历了两次高峰，分别在2005年与2008年，其同比增长都接近50%。前者的公开数量高峰是由于2003年专利申请数量大幅度增加，具体原因可能是由于2002年国家863计划“微机电系统重大专项”的适时启动所致。而2008年的高峰则是由于2006年出现了专利申请数量的低谷所致。

由图4可见，中国权利人/申请人大多选择在国内进行专利布局，而发达国家的布局和相对的比例与在美国的专利布局形式没有太大区别。需要特别说明的是，日本权利人/申请人的专利含金量最高，不仅已公开的专利申请全部为发明专利，且发明专利获得授权的比例在所有国家中最高。

在华拥有最多MEMS技术相关专利的权利人/申请人主要为国内科研机构与大专院校。排名前三的分别为上海交大、清华大学与北京大学。与前述国别分布相对应的是，只有IBM与三星两家国外企业进入前十。

从国内省市中领先的专利权人来看，我国在多种微型传感器、微型执行器和若干微系统样机等方面已有一定的基础和技术储备，初步形成了几个MEMS研究力量比较集中的地区。以上海北京两大研发基地为领头，上海交大、上海微系统所以及北大清华成为各自的科研代表。

外企在中国专利布局未形成

通过硅基MEMS制造技术领域中美两国专利情况比对分析，可以得出以下结论：

一、美国专利数量远多于中国专利，国外技术研发水平大幅领先。经过对比可知，硅基MEMS制造技术领域美国专利数量远多于中国。其中，美国授权专利数量达4411件，公开专利申请总量达6648件。而该领域已公开中国专利申请总量为1799件，其中发明专利为1659件，实用新型为140件。已获得授权的发明专利数量为704件。

通过专利量年度分布可看出，近年美国授权专利以及专利申请量趋于平稳，表明该领域已从创新活跃阶段逐步变为成熟发展阶段。中国专利量持续上扬，说明国内在该领域的研发逐步活跃，但赶上国外先进水平尚需时日。

二、专利集中度较高，国外产业化程度明显高于国内。该领域美国专利主要集中在美国、日本和韩国的大公司，而国内尚无公司占据一席之地。在美国的专利权人/申请人排名前几位的皆为商业化运作较为成功的公司，如Honeywell、英特尔、三星等，而国内专利权人/申请人排名前几位的基本都为高校和科研院所，排名靠前的企业都是国外企业。相较于国内重研究轻产业化的运作模式，国外更重视技术研发后的产业化推广和应用。因此，国内企业应当重点关注专利技术成果的商业转化，避免被国外企业抢占技术制高点，继而受制于人。

(三)国外企业在中国的专利布局尚未形成，中国企业应积极部署有针对性的专利。通过分析，国外企业在国内申请专利数量较少，排名靠前的仅有美国IBM公司和韩国三星公司，整体专利布局尚未形成。而国内企业在专利总量上远超国外企业，国内企业应趁此机遇加快研发进度，申请更多有针对性的专利，并在海外积极申请重要专利，逐步打破该领域的国外技术壁垒。