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来源:麦姆斯咨询 MEMS

射频(RF)氮化镓(GaN)领域的知识产权现状:美国和日本占统治地位,欧洲存在感较弱,中国厂商强势进入


近年来,RF GaN市场的发展令人印象深刻,重塑了RF功率器件的产业格局。在电信和国防应用的推动下,RF GaN行业将持续增长,而随着5G应用的到来,RF GaN市场将加速发展。据麦姆斯咨询介绍,RF GaN市场总规模预计将从2017年的3.8亿美元到2023年增长到13亿美元。


在本报告中,Yole旗下专注于知识产权分析的子公司Knowmade深入调研了与GaN RF技术和器件相关的全球专利态势。


Knowmade检索并分析了全球公开的1700多个专利家族,超过3750项专利(截至2018年10月)。这些专利涉及RF GaN外延片(包括GaN-on-SiC和GaN-on-Silicon),RF半导体器件(包括HEMT和HBT),集成电路(包括RFIC和MMIC),工艺方法和封装,包括所有细分领域,如RF功率放大器(PA)、RF开关和RF滤波器,以及从6GHz到大于20GHz毫米波(mm-wave)RF器件。



美国和日本厂商主导了RF GaN相关领域的专利格局


科锐(Cree/Wolfspeed)毫无争议地拥有该技术领域最强的专利地位,尤其是碳化硅(SiC)衬底上的GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)。住友电工(Sumitomo Electric)是RF GaN器件的市场领导者,在该技术领域有较强大的专利布局,但远远落后于科锐。此外,住友电工的专利申请量逐年降低,而富士通(Fujitsu)、东芝(Toshiba)和三菱电机(Mitsubishi Electric)等其他日本厂商的专利申请量持续增长,因此这些厂商目前也已经拥有了强大的专利组合。


英特尔(Intel)和MACOM是目前RF GaN领域最活跃的专利申请人,尤其是GaN-on-Silicon技术,它们如今已成为RF GaN专利领域的主要挑战者。Qorvo、雷神(Raytheon)、诺斯洛普·格鲁门(Northrop Grumman)、恩智浦(NXP/Freescale)和英飞凌(Infineon)等RF GaN市场的其它主要厂商掌握一些核心专利,但未必拥有强大的专利地位。


中国电科(CETC)和西安电子科技大学在中国RF GaN专利领域占据了主导地位,拥有针对微波和毫米波应用的RF GaN技术专利。中国首家提供6英寸砷化镓/氮化镓微波集成电路(GaAs/GaN MMIC)纯晶圆代工服务的制造企业成都海威华芯(HiWafer),在三年前开始布局RF GaN专利,是目前最有力的中国专利挑战者。


RF应用的GaN HEMT


科锐在RF应用的GaN HEMT专利竞争中处于领先地位,特别是在GaN-on-SiC技术方面,远远超过其主要专利竞争对手住友电工和富士通。对科锐RF GaN专利组合的分析表明,它可以有效地限制该领域的专利活动,并控制大部分主要国家其他厂商的自由经营。


英特尔在科锐之后进入GaN HEMT专利领域,目前是最活跃的专利申请人,它应该会在未来几年不断加强其专利地位,尤其是对于GaN-on-Silicon技术。RF GaN HEMT相关专利领域的新进入者主要是中国企业,如海威华芯、三安集成电路和北京华锦创维电子。其他值得关注的新进入者包括:台湾的台积电(TSMC)和联颖光电(Wavetek Microelectronics),韩国的Wavice和Gigalane,日本的Advantest,以及美国的MACOM和安森美半导体(ON Semiconductor)。本报告详细分析了主要专利申请人和新进入厂商持有的核心专利和最新专利。


RF应用的GaN-on-Silicon技术


只有少数专利明确主张了GaN的主基板类型。自2011年以来,与RF GaN-on-Silicon相关的专利申请一直在稳步增长。该技术方向的主要专利权人为英特尔和MACOM,其次包括住友电工、英飞凌、松下、海威华芯、中国电科、富士通和三菱电机。本报告针对抑制硅衬底表面附近形成的寄生沟道层(对高频特性产生不利影响)的发明专利进行了详细分析,还重点关注了GaN-on-Silicon器件的封装和热管理相关专利。



GaN单片微波集成电路(MMIC)


目前,有30多家厂商申请了与GaN MMIC相关的专利,其中,东芝和科锐拥有最重要的专利组合。科锐在该领域拥有最强大的专利布局,但作为后来者的东芝是GaN MMIC专利领域目前最活跃的专利申请人。鉴于东芝目前的专利申请趋势,它应该会在未来几年不断加强在该领域的专利布局。东芝最近的专利申请涉及GaN MMIC的封装,以及可以增强电容连接线功率电阻的MMIC,该技术能够维持并承受每个MIM电容所需的电压,同时还缩小了器件尺寸。GaN MMIC相关专利领域的主要新申请人包括泰格微波(Tiger Microwave)和北京华锦创维电子。本报告详细介绍了科锐、东芝、雷神、诺斯洛普·格鲁门、MACOM和Qorvo等公司所拥有的主要专利,并重点关注了那些覆盖GaN-on-Silicon技术的MMIC专利。


RF放大器、RF开关、RF滤波器


本报告分析了主要专利所有人在RF放大器、RF开关、RF滤波器等功能器件的相对专利地位。科锐在GaN RF放大器相关专利领域处于领先地位,该领域其它主要专利所有人包括东芝、富士通、三菱电机、Qorvo、雷神和住友电工,后来进入GaN RF放大器专利领域的MACOM正凭借不断增长的专利申请量逐渐脱颖而出。目前,英特尔是GaN RF开关领域专利申请最活跃的厂商,而Tagore Technology公司则是该领域最值得关注的新申请人。采用III族氮化物外延层的RF滤波器专利申请越来越多,英特尔是目前GaN RF滤波器的主要专利申请人。


RF GaN器件封装


东芝是RF GaN器件封装领域最活跃的专利申请人,尤其是RF半导体放大器和MMIC封装。本报告详细介绍了与科锐、英飞凌、住友电工、恩智浦、MACOM以及三菱电机等厂商塑料模压封装相关的专利。


微波/毫米波和5G无线系统


本报告分析了中国电科、西安电子科技大学、东芝、科锐和海威华芯的微波/毫米波频段RF GaN相关发明专利,并重点介绍了明确指向5G无线系统的发明专利。


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