电子元件行业专利信息简报

发布:2018-09-30 15:59:46 阅读:12

第一部分:行业简介

 

电子元器件是电子元件和电小型的机器、仪器的组成部分,其本身常由若干零件构成,可以在同类产品中通用;常指电器、无线电、仪表等工业的某些零件,如电容、晶体管、游丝、发条等子器件的总称。

 

一、电子元件行业发展介绍:


电子元器件发展史是一部浓缩的电子发展史。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术,二十世纪发展最迅速,应用最广泛,成为近代科学技术发展的一个重要标志;1906年,美国发明家德福雷斯特发明了真空三极管(电子管)。第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管,它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点,很快地被各国应用起来,在很大范围内取代了电子管。五十年代末期,世界上出现了第一块集成电路,它把许多晶体管等电子元件集成在一块芯片上,使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路,从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展

20世纪出现并得到飞速发展的电子元器件工业使整个世界和人们的工作、生活习惯发生了翻天覆地的变化。电子元器件的发展历史实际上就是电子工业的发展历史,由于社会发展的需要,电子装置变的越来越复杂,这就要求了电子装置必须具有可靠性、速度快、消耗功率小以及质量轻、小型化、成本低等特点。

20世纪50年代提出集成电路的设想后,由于材料技术、器件技术和电路设计等综合技术的进步,在20世纪60年代研制成功了第一代集成电路。在半导体发展史上。集成电路的出现具有划时代的意义:它的诞生和发展推动了铜芯技术和计算机的进步,使科学研究的各个领域以及工业社会的结构发生了历史性变革。凭借卓越的科学技术所发明的集成电路使研究者有了更先进的工具,进而产生了许多更为先进的技术。这些先进的技术有进一步促使更高性能、更廉价的集成电路的出现。对电子器件来说,体积越小,集成度越高;响应时间越短,计算处理的速度就越快;传送频率就越高,传送的信息量就越大。半导体工业和半导体技术被称为现代工业的基础,同时也已经发展称为一个相对独立的高科技产业

 

第二部分:商业情报分析

 

电子元器件制造业是电子信息产业的重要组成部分,是通信、计算机及网络、数字音视频等系统和终端产品发展的基础,其技术水平和生产能力直接影响整个行业的发展,对于电子信息产业的技术创新和做大做强有着重要的支撑作用。

在全球半导体市场快速增长的带动下,我国半导体产业快速发展。到2018年,我国半导体产业销售额将超过8000亿元。近年来,我国半导体市场需求持续攀升,占全球市场需求的比例已由2003年的18.5%提升到2014年的56.6%,成为全球最大的半导体市场。下图为2009-2018年我国半导体产业销售情况变化图


与旺盛的市场需求形成鲜明对比,我国集成电路产业整体竞争力不强,在各类集成电路产品中,中国仅移动通信领域的海思、展讯能够比肩高通、联发科的国际水准。本土集成电路供需存在很大的缺口,下图为2010-2018我国集成电路供需情况对比图,其中2019年是预测



在集成电路中,PC、服务器的CPU芯片以及手机等移动终端中需求量最大的存储芯片更是几乎完全依赖于进口。赛迪智库集成电路研究所的研究报告指出,CPU和存储器占据国内集成电路进口总额的75%。2013-2016年间,存储芯片进口额从460亿美元增至680亿美元,2017年将突破700亿美元。存储器已经成为我国半导体产业受外部制约最严重的基础产品之一,因此存储器国产化也成为了我国半导体发展大战略中的重要一步,下图为我国集成电路进出口对比。


 

集成电路行业是信息产业的核心,关系着我国的信息安全,2015年,紫光集团收购美光被否一定程度上就可以看出美国对集成电路尤其是存储器行业的重视。同时,集成电路又是一个资本壁垒和技术壁垒非常高的行业,投入高、周期长、风险大。我国集成电路市场起步较晚,与国际大型同类公司英特尔、三星、高通有较大差距,在通用CPU、存储器、微控制器和数字信息处理器等通用集成电路和一些高端专用电路上,还存在多处技术空白。因此,近年来我国不断推出相关政策并提供资金推动集成电路产业的发展。《国家集成电路产业发展推进纲要》明确指出,到2020年我国半导体产业年增长率不低于20%;与此同时,我国企业也积极通过并购及引进技术和人才等手段提升企业竞争力



一、我国对电子元件推出的产业政策和方针计划


我国自2000年以来不断推出产业政策和方针计划推动并指引集成电路产业的发展。

 

时间

  政策

  内容

2002.06.24

鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知

通过政策引导,鼓励资金、人才等资源投向软件产业和集成电路产业,进一步促进我国信息产业快速发展,力争到2010年使我国软件产业研究开发和生产能力达到或接近国际先进水平,并使我国集成电路产业成为世界主要开发和生产基地之一;"十五"计划中适当安排一部分预算内基本建设资金,用于软件产业和集成电路产业的基础设施建设和产业化项目。

2008.01.01

 

集成电路产业“十一五”专项规划

形成以设计业为龙头、制造业为核心、设备制造和配套产业为基础,较为完成的集成电路产业链。鼓励设计业与整机之间的合作,加快涉及国家安全和量大面广集成电路产品的设计开发,培育一批具有较强自主创新能力的骨干企业,开发具有自主知识产权的集成电路产品。

2011.02.09

进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策

进一步落实和完善相关营业税优惠政策,对符合条件的软件企业和集成电路设计企业从事软件开发与测试,信息系统集成、咨询和运营维护,集成电路设计等业务,免征营业税,并简化相关程序;对符合条件的集成电路企业技术进步和技术改造项目,中央预算内投资给予适当支持;发挥国家科技重大专项的引导作用,大力支持软件和集成电路重大关键技术的研发,努力实现关键技术的整体突破,加快具有自主知识产权技术的产业化和推广应用。

2012.02.24

集成电路产业“十二五”专项规划

先进设计能力达到22纳米,开发一批具有自主知识产权的核心芯片,国内重点整机应用自主开发集成电路产品的比例达到30%以上。

2014.06.24

国家集成电路产业发展推进纲要

到2015年,集成电路产业发展体制机制创新取得明显成效,建立与产业发展规律相适应的融资平台和政策环境,集成电路产业销售收入超过3500亿元;到2020年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入年均增速超过20%,企业可持续发展能力大幅增强;到2030年,集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,实现跨越发展。

2015.05.19

中国制造

2025

到2020年,40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障,受制于人的局面逐步缓解,航天装备、通信装备等产业急需的核心基础零部件(元器件)和关键基础材料的先进制造工艺得到推广应用。到2025年,70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障,80种标志性先进工艺得到推广应用,部分达到国际领先水平,建成较为完善的产业技术基础服务体系,逐步形成整机牵引和基础支撑协调互动的产业创新发展格局。

2015.07.04

国务院关于积极推进
“互联网+”行动的指导意见

以高端通用芯片和基础软件为抓手,构建安全可靠核心信息设备综合验证、集成测试、系统评测等公共服务平台和产业链协同创新平台。

 

二、国家集成电路产业投资基金部分投资项目


2014年9月,国家集成电路产业投资基金成立,主要用于集成电路产业的投资,支持行业的发展壮大。国家集成电路产业投资基金共投资43个项目,累计项目投资额达到818亿元,实际出资超过560亿元


时间

项目

2015.01.09

中微半导体获得大基金4.8亿元投资。

2015.02.13

大基金认购中芯国际47亿股(约25亿元),成为中芯国际持股10%以上的主要股东。

2015.02.13

大基金与国内芯片设计巨头紫光集团签订的100亿元的战略投资协议。

2015.05.08

打印机耗材芯片龙头艾派克5月定增7.5亿元开发打印机芯片,该项目获得大基金认购入股4.29%。

2015.06.16

大基金受让三安光电二股东三安集团股份,推动化合物半导体芯片制造项目。

2015.08.18

大基金联合京东方A,设立规模40亿元集成电路基金,投资显示面板相关的集成电路上下游产业及其相关应用领域。

2015.08.27

大基金最新设立芯鑫融资租赁项目,投资设备租赁。

2015.09.12

参与北斗星通16.8亿元定增,投资北斗定位芯片、云计算项目的研发。

2015.09.17

大基金联合美国高通子公司与中心国际签订2.8亿美元投资意向书,用以投资中芯长电,加快建设国内第一条12英寸凸块生产线,提升现金制造能力。


大基金的成立还带动了部分地方政府对集成电路产业的资金支持。目前除北京、上海、深圳一线城市,各省市均有规模不等的集成电路投资基金,总计规模超过了3400亿元,如果加上民间资金很可能已经超过了4000亿元规模


 

在下游市场需求不断增长,国家产业政策及资金的推动之下,我国集成电路产业投资迅速增长。2017年中国总计有14座晶圆厂正在兴建,并将于2018年开始装机。2018年中国晶圆设备支出总金额将逾100亿美元,成长超过55%,全年支出金额位居全球第二。总计2017年中国将有48座晶圆厂有设备投资,支出金额达67亿美元。展望2018年,预估中国将有49座晶圆厂有设备投资,支出金额约100亿美元。2017年我国集成电路投资额将达到780亿元。在投资断加大的情况下,集成电路产业的整体规模得到了极大的提升。2004年至2016年,除少数几年外,集成电路设计、制造及封测行业年销售额增长率均在10%以上。2016年,集成电路设计、制造和封测业销售额分别达到了1644.30、1126.90和1564.30亿元。下图为集成电路固定资产投资额与增加率曲线变化图。


 

 

 


 

第三部分:专利情报分析

 

 

一、电子元件行业四大主要企业专利申请分析


本部分研究苹果、三星、华为和高通的专利布局信息,进行专利数据分析,以期检索使用数据库:soopat,检索以申请人为检索入口。


检索使用关键词:苹果 and 芯片、三星 and 芯片、华为 and 芯片、高通 and 芯片;

检索范围:全球专利;

检索日期:2018-09-05


目前苹果公司在芯片这个领域的的专利申请量在中国的申请量超过60件。从2005-2017年,苹果公司每年都有芯片行业的专利申请,申请量如下图所示,其中发明申请33件,其中授权20件、实质审查8件、视为撤回4件、驳回1件,苹果公司申请发明的授权率为60%,说明苹果公司每年都有新的研发和新的技术产生,并且新的技术一直处于前沿,2016开始苹果公司的申请量有所下降,可能是2016年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 

目前苹果公司在芯片这个领域的专利申请量在世界的申请量超过473件,其中美国申请量最高达到了286件,从下图可以看出,从2006年开始,苹果公司在芯片领域的申请量开始明显的增大,且一直持续至今,2016开始苹果公司的申请量有所下降,可能是2016年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 

目前三星公司在芯片这个领域的的专利申请量在中国的申请量超过182件。从2005-2017年,三星公司每年都有芯片行业的专利申请,申请量如下图所示,其中发明申请120件,其中授权98件、实质审查14件、视为撤回25件、驳回24件,三星公司申请发明的授权率为81%,说明三星公司每年都有新的研发和新的技术产生,并且新的技术一直处于前沿,2015开始三星公司的申请量有所下降,可能是2015年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 

目前三星公司在芯片这个领域的的专利申请量在世界的申请量超过25146件,其中在韩国申请量最高达到了15491件,从下图可以看出,从1995年开始,三星公司在芯片领域的申请量开始明显的增大,且一直持续至今,2016开始三星公司的申请量有所下降,可能是2016年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 

目前华为公司在芯片这个领域的的专利申请量在中国的申请量超过1701件。从2005-2017年,华为公司每年都有芯片行业的专利申请,申请量如下图所示,其中发明申请990件,其中授权477件、实质审查212件、视为撤回51件、驳回94件,华为公司申请发明的授权率为48%,说明华为公司每年都有新的研发和新的技术产生,并且新的技术一直处于前沿,2015开始华为公司的申请量有所下降,可能是2015年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 

目前华为公司在芯片这个领域的的专利申请量在世界的申请量超过3085件,其中在中国申请量最高达到了1701件,从下图可以看出,从2013年开始,华为公司在芯片领域的申请量开始明显的增大,且一直持续至今,2016开始华为公司的申请量有所下降,可能是2016年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 

目前高通公司在芯片这个领域的专利申请量在中国的申请量超过264件。从2005-2017年,高通公司每年都有芯片行业的专利申请,申请量如下图所示,其中发明申请170件,其中授权80件、实质审查67件、视为撤回10件、驳回4件,高通公司申请发明的授权率为47%,说明高通公司每年都有新的研发和新的技术产生,并且新的技术一直处于前沿,2016开始高通公司的申请量有所下降,可能是2016年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 

目前高通公司在芯片这个领域的的专利申请量在世界的申请量超过2445件,其中在美国申请量最高达到了737件,从下图可以看出,从1993年开始,高通公司在芯片领域的申请量开始明显的增大,且一直持续至今,2016开始高通公司的申请量有所下降,可能是2016年之后申请的发明专利还没有公开。

 

 


二、手机芯片四大公司专利分析


从上面的专利情况可以看出,三星公司的申请量远远领先于其他三家公司,并且三星公司和高通公司在芯片领域研发的时间长,苹果公司和华为公司起步较晚,因此申请量上三星公司和高通公司的申请量远远领先于行业内其他公司,苹果公司在芯片领域的代表芯片为A12、A11,三星公司在芯片领域的代表芯片为Exynos系列,高通公司在芯片领域的代表芯片为骁龙系列,华为公司在芯片领域的代表芯片为麒麟系列,下图是各个芯片性能之间的对比图,从图中可以看出苹果公司的A11芯片的性能较其他公司的芯片性能更好。


 

 


第四部分:电子元件行业在我国未来的发展预测

 

 

一、我国电子元件行业的现状


我国电子元件行业整体仍然面临很多挑战,不缺钱,主要缺技术积累,缺人才,仍然需要很长时间才能赶上世界先进水平。


大量的电子元器件品种并不需要像生产集成电路那样的生产设备,也不需要那么大的投资。这些电子元器件就是对金属和一些材料的高精度加工,但要做好并不容易。例如,我们最常见、最低档的、电子产品中用量最大的电阻和电容。普通民用的电阻和电容有两大特点:


第一,需求量极大,每个电路板少则用几十颗,多则用几千颗。


第二,价格极其低廉,贴片电阻和电容都是用纸带包装卷在圆盘上销售的,可以直接用在SMT机的进料口上,国产货通常5000-10000颗一卷,售价为十几元到几十元。换句话说,平均每颗的价格还不到人民币一厘钱。

 


但是,无论这类元器件有多便宜,焊接到电路板上,只要有一颗坏了,就会让整个电路板报废,无论的电路板有多值钱。所以,我国的电子产品生产大厂,尽量会避免使用国内小厂的电阻电容产品,宁愿使用进口的如三星、TDK等名牌厂家的产品,因为实在承担不起损坏的风险。


总之,电子元器件的品类太多了,即使是生产厂投资不大的,我国也缺乏技术积累,几乎没有办法在短时间内迎头赶上。关键是缺乏这方面的人才,并且,这些人才短时间是无法在中国从事研究的。


摩尔定律告诉我们芯片工艺如何进步,但没告诉我们建造芯片工厂的投资如何增长。实际上每一代制程工艺的进步,新建工厂所需投资额都大幅度增长。从70年代的几千万美元,到几亿美元、十几亿美元、几十亿美元、上百亿美元,而最近三星、英特尔和台积电投资的7纳米生产厂,投资额均已经超过二百亿美元,这种天价的建设成本带来两种后果:


第一个后果,小国或者新进入芯片行业的国家,已经没有经济实力追求最先进的制程工艺,台湾和韩国都是举政府之力全力支持,并且从几十年前芯片工厂所需投资还没那么大的时候就进入行业,经过以厂养厂的良性循环,利用旧工厂的高利润才能撑得起对新厂房的投入。而投入稍微不足,便一步落后步步落后,如今欧洲和日本的芯片企业都已经无力再追寻最先进的制程工艺了。全世界最先进的芯片制程工艺只掌握在三家公司手中:三星,台积电,英特尔。而目前唯一有可能赶上来的,就是中国。


第二个后果,就是如此高价的厂房,靠自家的产品一般都无法填满产能,带来的后果就是自家产品的成本飙升。为了填满产能,摊平成本,所有掌握最先进工艺的厂家都必须为其它公司代工。这就导致了芯片行业分化为三类企业:从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业,称为IDM

(Integrated Design and Manufacture),例如三星和英特尔,都有自己品牌的芯片产品,但也为其它企业代工;没有工厂只有设计和市场部门的FABLESS企业;和为其它企业代工生产的FAB公司,台积电就只有代工,没有自己品牌芯片产品的。世界上也有一些芯片企业,在特定的行业里市场占有率高,而芯片工厂的制程工艺并不高,成本也不高,这些企业是不用给别家代工的,自己生产自己设计的芯片就够。


没有芯片工厂的FABLESS企业有很多,比如华为海思、AMD、NVIDIA、高通、MTK、博通,等等。通讯行业霸主高通就没有自己的芯片厂,所有产品都是台积电或者三星代工生产的,华为不止是手机CPU是自己设计,它的网络产品中用的交换机芯片、路由器芯片、电源管理等等很多芯片都是自己设计找FAB厂代工的。华为是核心电子元器件自主率最高的中国企业,当然,华为也有大量的电子元器件需要进口。


二、中国的芯片制造业水平


1、总体来说,落后三年多

中国的经济实力是在最近十年左右才爆发性增长的。由于芯片 FAB工厂所需投资额巨大,十几年前中国实际上没有多少钱投入,水平落后是必然的。再加上科研体制的问题,早期有一帮公司靠打磨进口芯片冒充自己的产品,造成了极其恶劣的影响。


中国的芯片制程技术比世界最先进水平落后两代以上,时间上落后三年多(台积电和三星的14/16纳米制程工艺都是在2015年开始量产的)。


2、落后的根本原因在于人才和技术

但是在这里必须说明,中国芯片制程落后的最主要原因,并不是买不到光刻机,或者是光刻机到货太晚。最主要的原因在于没有足够的人才和技术。现状就是,即使把所有最先进的生产设备马上交给中国芯片制造企业,中国芯片企业在三年内也没有能力量产最先进的芯片制程。事实上中芯国际目前就有14纳米制程的全套设备。我们芯片行业最大的瓶颈在于缺乏技术和人才


3、弯道超越的机会

那么到底有没有机会赶上呢?也许未来5年左右是个弯道超车的机会,原因在于:新一代制程工艺对于半导体线宽的缩小不是无限制的。业界普遍认为,以目前的工艺技术,到了3纳米以下的时候,电子在半导体内的流动就不是按照我们所理解的理论来走了,而是会遇到神秘的量子效应,当前的工艺技术就失效了。各大领先企业都投入巨资研发全新的工艺和技术,试图突破这一限制。但到目前为止,还见不到实用的技术突破。所以,在5年之内,各领先企业都会停滞在3纳米制程附近,正是中国赶上来的好机会。但是也有可能,未来5年真会有技术突破,那么领先企业还会继续领跑,中国还得在后面苦苦追赶。


在很多产品线上,比如WIFI芯片、蓝牙芯片、交换机芯片、FPGA芯片,中国的企业都有布局,都有产品,只不过产品还比较低端,占据高端的依然是国际大厂。高端芯片比低端芯片强的主要不在制程工艺上,甚至低端芯片的制程工艺和高端芯片可能是一样的甚至更高。高端芯片高在这三个方面:


      1)拥有专利,甚至写入了行业标准;

      2)能领导行业标准的升级,性能更好功能更多;

      3)在推出时间上能领先低端厂家,吃掉产品生命周期中利润最丰厚的时段。


以WIFI芯片为例:国际大厂如英特尔、博通、Marvell等,都养了一大批研究人员,对未来几年的技术进行研究,同时在IEEE的WIFI标准化组织里投递研究成果,和同行PK,争取把自己的专利写进下一版标准中去。同时工程部门同步做实现,能在IEEE开会的时候拿出样品做成果展示。当WIFI标准一定稿,立即推出产品。国内做WIFI芯片的小厂根本没有这个实力参与这场游戏,只能等WIFI新版标准发布之后,拿到文档,仔细研究,然后研发生产。更多的时候,最新标准还无法实现,只能生产老版标准的产品。这就是低端产品和高端产品的主要差别。


总之,在芯片行业,我国企业的布局已经展开,发展迅猛。主要的问题是,仍然有一些空白点需要填补,已有的产品偏向低端,需要慢慢向高端拓展。