《功率碳化硅（SiC）MOSFET、SBD及模块专利全景分析-2019版》
2019-01-26 17:32:51   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Power SiC MOSFETs, SBDs and Modules 2019

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随着市场的普及，碳化硅（SiC）功率器件市场前景看好。谁是目前SiC金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、肖特基势垒二极管（SBD）和功率模块的主要专利权人？谁将在未来几年拥有最有利的专利地位？

功率SiC专利：日本暂时领先，车企表现强劲，中国新势力涌入

据麦姆斯咨询介绍，2016~2018年对整个SiC行业至关重要。多年来，SiC MOSFET的商业化应用正在赢得客户的信任，并明显开始向各个不同的应用渗透。他们遵循了18年前首款商用SiC二极管的发展轨迹，开始逐渐改变市场。根据Yole在2018年发布的《功率碳化硅（SiC）材料、器件和应用-2018版》报告， SiC器件市场将稳步增长，市场规模预计将从2017年的3.02亿美元增长到2023年的超过15亿美元，在此期间的复合年增长率（CAGR）高达31%。

在本报告中，Yole旗下全资子公司Knowmade深入调研了与SiC功率电子相关的专利态势，包括MOSFET、SBD和功率模块。当前，功率SiC专利现状主要呈现两方面的特点，一方面是中国厂商的积极专利布局；另一方面是日本厂商的继续主导以及汽车厂商的强势进入。

SiC MOSFET、SBD和功率模块专利主要申请人

日本集成商领导了SiC MOSFET相关的专利申请

2011~2015年期间，伴随着第一批SiC MOSFET产品的商业化，我们见证了与SiC MOSFET相关专利申请的显著增长。日本集成商，尤其是电装（Denso）和富士电机（Fuji Electric），在SiC MOSFET相关专利申请中处于领先地位。

从2011年开始，中国的科研机构率先进入SiC MOSFET专利领域，到2015年一些主要的国有集成厂商开始加入该领域专利申请行列，如中国国家电网（STATE GRID Corporation of China, SGCC）、中国中车（CRRC）和SiC纯代工厂世纪金光（Century Goldray，为解决整个功率SiC供应链需求而于2010年成立）。

这些新进入者的共同特征是他们都倾向于在平面型MOSFET和沟槽式MOSFET结构上开发专利。台湾工业技术研究院（ITRI）在SiC MOSFET领域拥有较长的研发历史，但直到2016年瀚薪科技（Hestia Power）的出现，台湾地区在该领域才有工业厂商涉足，瀚薪科技专注于开发具有成本效益的平面结势垒肖特基（JBS）二极管集成MOSFET结构。

我们注意到科锐（Cree/Wolfspeed）、罗姆（Rohm）、英飞凌（Infineon）和意法半导体（STMicroelectonics）等目前领先的SiC器件制造商拥有一些核心专利，但它们未必具有强大的知识产权领导力。

平面型SiC MOSFET vs. 沟槽式SiC MOSFET

CREE/Wolfspeed在平面SiC MOSFET专利竞争中处于领先地位，远远领先于其主要竞争对手三菱电机（Mitsubishi Electric）和富士电机。对CREE/Wolfspeed专利组合的分析表明，它可以有效地限制该领域其它厂商的专利申请，并控制包括日本在内的大多数国家的自由运营。事实上，来自竞争对手的专利申请并没有增长，也没有威胁到CREE/Wolfspeed的知识产权领导地位。CREE/Wolfspeed在该领域强势的专利领导地位，以及平面型SiC MOSFET技术的日益成熟，解释了该领域自2015年以来专利申请增长缓慢的现象。

电装在沟槽式SiC MOSFET领域的专利竞争中处于领导地位，远远领先于富士电机。不过，随着富士电机大量在审专利获得授权，必将在未来几年对电装发起严峻挑战。该领域的专利现状跟平面型SiC MOSFET不同，丰田汽车（Toyota Motor）、丰田中央研发实验室（CRDL）、住友电工（Sumitomo Electric）和罗姆等多家机构的专利申请仍然比较活跃。

尽管，在电动和混合动力汽车（EV/HEV）加速功率SiC技术发展的背景下，电装正在通过与丰田汽车和丰田CRDL合作积极加强其领导地位，但是，在沟槽式SiC MOSFET领域的专利竞争中，似乎存在更多的挑战空间。与平面型SiC MOSFET相比，CREE/Wolfspeed在沟槽式SiC MOSFET领域的专利组合相对较弱，但该公司在大多数竞争对手之前便开始了重要发明的专利申请，因此拥有多项核心专利。

沟槽式SiC MOSFET相关的很大一部分专利涉及保护栅极氧化物材料免受栅极某些部分电场集中的影响。本报告介绍了主要专利申请人的最新技术发展，以解决栅极氧化物引起的可靠性问题。

沟槽式SiC MOSFET主要专利申请人的领导地位

SiC SBD：重点揭示关键厂商和新进入者的近期专利申请

CREE/Wolfspeed和三菱电机分享了SiC SBD技术领域的知识产权领导地位，而富士电机和住友电工目前是最活跃的专利申请人。本报告详细介绍了主要专利申请人和新进入者的最新专利。大多数专利申请人旨在解决与边缘终端区域相关的可靠性问题，包括三菱电机、富士电机、东芝（Toshiba）和松下（Panasonic）。

此外，CREE/Wolfspeed和三菱电机都在开发具有超结结构的肖特基器件。一些新发明技术涉及提高JBS二极管的电流性能（包括松下、电装、富士电机和英飞凌的专利），以及提高设备在温度升高时的稳定性（包括松下和富士电机的专利）。这个领域的新进入者只有中国厂商，包括世纪金光和国家电网。他们的专利主要涉及JBS二极管，并且目前仅在中国提交了专利申请。

全SiC功率模块

自2012年以来，全SiC功率模块相关专利的申请一直在增长。三菱电机领导了SiC功率模块的专利申请，其专利主要集中在混合Si/SiC模块。本报告详细介绍了三菱电机、日立（Hitachi）、罗姆和CREE/Wolfspeed以及新进入的丹佛斯（Danfoss Silicon Power）等主要专利申请人的专利组合。

罗姆最近的专利申请重点布局了全SiC功率模块在电动汽车中的应用，强调了高效散热解决方案，高温运行功率模块组件的可靠性，以及减少杂散电感。丹佛斯于2018年提交了四项与全SiC MOSFET模块相关的专利，重点布局了通过模块内部互连的优化布局来提高性能。

SiC功率模块专利公开趋势

本报告涉及的部分公司：Denso, Cree, Wolfspeed, Fuji Electric, Toyota Motor, Mitsubishi Electric, Sumitomo Electric, Rohm, General Electric, Hitachi, Toyota Central R&D Labs, Xidian University, Panasonic, Hyundai Motor, CRRC Times Electric, Century Goldray Semiconductor, Infineon, State Grid Corporation of China (SGCC), Hestia Power, Nissan Motor, Siemens, NXP, Toshiba, Philips, Microsemi, Littelfuse, IXYS, Monolith Semiconductor, Renesas Electronics, Bosch, ABB, Shindengen Electric Manufacturing, Showa Denko, Kansai Electric Power, On Semiconductor, Beijing Yandong Microelectronic, Tyco Tianrun Semiconductor Technology, Shenzhen Basic Semiconductor, Sharp, Guangdong Midea, Siemens, Danfoss Silicon Power, Wancheng Electric Vehicle Operation, Yangzhou Guoyang Electronic, Tyco Tianrun Semiconductor Technology, Schneider Electric, Dynex Semiconductor, Honda Motor…

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