《功率氮化镓（GaN）专利全景分析-2019版》
2019-11-26 21:27:42   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Power GaN 2019 - Patent Landscape Analysis

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功率GaN知识产权（IP）：高压功率半导体领导者的强大专利布局，以及众多的新入局者

据麦姆斯咨询介绍，GaN电力电子领域正在演进！随着中国智能手机制造商Oppo在其65 W快速充电器中采用GaN HEMT，功率GaN正式进入主流消费应用。此外，GaN还受到了汽车产业各OEM和Tier 1的关注。预计GaN也将逐步渗透工业和电信电源应用（数据通信、基站、UPS等）。Yole预测，到2024年，功率GaN市场规模将超过3.5亿美元，复合年增长率（CAGR）高达85%。

电力电子产业积极推广GaN技术的公司已经耳熟能详，例如宜普电源转换公司（EPC）、GaN Systems、Transphorm、Navitas、Exagan、英飞凌（Infineon）以及安森美半导体（ON Semiconductor）。如今，越来越多的公司正在进入该市场，有的"明刀明枪"雄心勃勃，有的则被其专利布局暴露了意图。许多公司都有功率GaN专利申请，而拥有强大技术和专利布局的核心厂商们已经为未来几年主导功率GaN市场做好了准备。

在本报告中，Yole旗下专注于知识产权分析的全资子公司Knowmade深入研究了与电力电子应用GaN技术和器件有关的专利格局。Knowmade检索并分析了截至2019年5月公开的全球4100多个专利家族的超过9500件专利。

这些专利涉及外延片（GaN-on-Si、GaN-on-Sapphire等）、半导体功率器件（耗尽型、增强型、垂直器件、p掺杂等）、集成（SiP、SoC、单片集成等）、电路和操作方法（Cascode、半桥、电源IC等）以及封装（热管理、杂散电感等）、所有功能（开关、转换器、整流器、逆变器等）以及应用（电源、PV、EV/HEV、UPS、快速充电、无线充电等）。

主要专利权人细分分析

自Knowmade在2015年发布第一版功率GaN专利分析报告以来，专利领域格局的新变化预示着功率GaN产业的变化以及功率GaN市场的增长。

几乎所有电力电子市场参与方都申请了功率GaN相关专利，例如：英飞凌、富士电气（Fuji Electric）、东芝（Toshiba）、三垦电气（Sanken Electric）、安森美半导体、意法半导体（STMicroelectronics）、瑞萨电子（Renesas Electronics）、德州仪器（Texas Instruments）、Dialog Semiconductor、Power Integrations和Nexperia等。而且，大部分厂商都在加强其功率GaN专利申请，并将其专利的地理覆盖范围从美国和日本扩大到新兴的功率GaN关键市场，即欧洲和中国。

短短几年内，英飞凌和Transphorm在专利方面已经占据最强势的地位。这使他们有能力限制那些功率GaN竞争对手的自由运营。其中，英飞凌无疑拥有最强大的专利组合，可以应对功率GaN市场的增长。Transphorm是功率GaN专利领域的重要力量，远远领先于其他纯GaN竞争者，如EPC、GaN Systems、Navitas、Exagan或VisIC。

根据Knowmade的分析，对于所有想要从GaN电力电子市场受益的厂商来说，Transphorm拥有令人艳羡的专利组合。通过一些蛛丝马迹，我们认为Nexperia于2019年11月宣布的首批650 V GaN-on-Si FET可能就使用了Transphorm的专利。

从2015年到2019年，功率GaN主要专利权人的发展变化

无论GaN供应商如何制造他们的功率器件，他们都不得不事先研究英飞凌、Transphorm、古河电气（Furukawa Electric）、松下（Panasonic）、东芝和富士通所拥有的功率GaN专利。此外，还必须关注其他正在加强功率GaN专利布局的厂商，例如：EPC、瑞萨电子、安森美半导体、丰田、德州仪器、台积电、英特尔、丰田合成（Toyoda Gosei）和三垦电气等。

越来越多不同类型的新面孔正在进入功率GaN专利领域。例如：初创公司Exagan、Navitas、Cambridge Electronics、GaNPower和Innoscience；新的基板供应商Qromis、AirWater和Zing Semiconductor；代工厂FMIC、HiWafer、Simgui、Nuvoton、Sinopower和VIS；集成商日产（Nissan）、Shindengen Electric Manufacturing、Nidec、京瓷（Kyocera）、海拉（Hella）、雷诺（Renault）、苹果、美的、华为以及Velodyne Lidar等。自2017年以来，中国众多新进厂商在功率GaN专利领域取得了令人瞩目的成就。

GaN-on-Silicon和GaN-on-Sapphire

在本报告中，Knowmade详细介绍了GaN-on-Silicon和GaN-on-Sapphire相关的专利格局。GaN-on-Silicon专利领域的特点是众多纯GaN厂商以及中国新入局者。而GaN-on-Sapphire专利领域，最知名的厂商是Power Integrations。不过，CorEnergy、Powdec和Seoul Semiconductor等其它许多公司也已经开发了GaN-on-Sapphire相关的电源应用专利。

常关型Cascode GaN器件

英飞凌凭借其在2014年从International Rectifier获得的核心专利，引领了Cascode拓扑相关的专利竞争。富士通和Transphorm拥有与增强型GaN晶体管相关的强大专利组合。英飞凌、EPC和瑞萨电子目前是最活跃的专利申请人。在本报告中，Knowmade确定了主要专利权人的核心专利，以及Cascode和增强型晶体管的新入局者。此外，Knowmade还给出了增强型晶体管相关专利所保护的不同解决方案。

集成

我们注意到功率GaN片上系统（SoC）专利申请的增长，其中英飞凌、英特尔和Navitas是主要的专利申请人。英飞凌和英特尔一直在开发功率GaN器件与其他类型器件（例如RF电路、LED、Si CMOS）进行单片集成的专利技术。另一方面，Navitas的专利集中于所有GaN功率IC。其他厂商也拥有单片集成的专利，例如：Dialog、Power Integrations、Transphorm、Exagan、安森美半导体、GaN Systems、德州仪器、EPC以及台积电等。近来，其他一些厂商还申请了电力电子绝缘体上GaN-on-Silicon相关专利。

增强型GaN HEMT主要专利权人

垂直功率器件

垂直功率器件依然吸引着专利申请人的极大关注。Nexgen（前身Avogy）是该领域主要的专利权人，不过，他已经跟富士通和三垦电气一样停止了相关专利的申请。目前，丰田合成、富士电气、住友电机以及丰田汽车在垂直功率器件专利领域处于领先地位。CEA/雷诺、Vishay、瑞萨电子、博世、富士电气、三垦电气和M-MOS Semiconductor等多家厂商都在开发硅基板上垂直功率器件的相关专利技术。本报告重点介绍了选择性离子注入和选择性p-GaN再生长以形成选择性p型区的方法。

电流崩塌效应和驱动应用

本报告通过分析还注意到抑制电流崩塌的重要专利申请，其中富士通、松下和东芝是主要的专利权人。报告还列出了专利申请人在专利权力要求中关于防止动态导通电阻增加的解决方案。另外，本报告还重点介绍了CEA/雷诺、丰田合成、电装、丰田、CACTi、KOYJ、Shinny、Sentec、中华汽车和Egtronics针对纯电动汽车/混合动力汽车（EV/HEV）的功率GaN专利，Powdec和Shinny针对快速充电的功率GaN专利，以及EPC、松下、Navitas、罗姆（Rohm）和Hosiden针对无线充电所申请的专利。

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