來(lái)源：北京市電子科技情報研究所
作者：馬梅彥
本文分析了從1997年到2017年間20年全球各國及企業(yè)的MEMS傳感器專(zhuān)利情況，數據來(lái)自于法國Orbit，是全球最早的專(zhuān)利數據庫之一，目前提供了107個(gè)國家及組織的專(zhuān)利數據。
通過(guò)這20年的MEMS專(zhuān)利數據足以看出現今全球MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)的強弱：中國MEMS專(zhuān)利數量以15%占比位列美國（24%）、日本（16%）之后，但核心技術(shù)專(zhuān)利少、應用多。MEMS專(zhuān)利TOP 20的公司中，三星電子、愛(ài)普生、東電電子包攬前三，沒(méi)有一家中國企業(yè)MEMS專(zhuān)利申請數進(jìn)入前20！
可以看出中國傳感器企業(yè)的MEMS研發(fā)能力較弱，MEMS研發(fā)主要依賴(lài)于各大學(xué)及研究院所，而企業(yè)與高校等研究機構間嚴重缺乏交流合作，研究成果向商業(yè)化應用轉化較少。目前中國MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)總體仍處于艱難的初級發(fā)展階段。
數據不會(huì )說(shuō)謊，你對中國傳感器產(chǎn)業(yè)有什么看法？歡迎在傳感器專(zhuān)家網(wǎng)公眾號本內容底下留言討論。
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MEMS這一概念在國際上尚未有統一的名稱(chēng)和定義，美國、歐洲和日本根據其各自的發(fā)展特點(diǎn)而命名。
美國稱(chēng)之為Micro-Electro-Mechanical System，即微機電系統，根據其在半導體集成電路工藝技術(shù)基礎上延伸和拓展而來(lái)的，這是目前廣為使用的名稱(chēng)。
歐洲則更強調系統的觀(guān)點(diǎn)，即如何將多個(gè)微型化的傳感器、執行器、處理電路等元部件集成為一個(gè)智能化的有機整體，因此稱(chēng)之為Microsystem，即微系統。
日本則根據其在精密機械加工方面的傳統優(yōu)勢，稱(chēng)之為 Micromachine，即微機械。
MEMS是微電子與精密機械加工技術(shù)相結合的產(chǎn)物，涉及電子、機械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，而MEMS傳感器是采用微機械加工技術(shù)制造的新型傳感器，是MEMS系統的重要分支。
MEMS傳感器以其優(yōu)異的性能，如體積小、重量輕、成本低、功耗低、靈敏度高、可批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現智能化等特點(diǎn)，逐步取代傳統機械傳感器而占據主導地位。
目前MEMS傳感器主要應用在消費電子、汽車(chē)電子、航空航天、工業(yè)控制、醫療健康等領(lǐng)域，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將是MEMS傳感器應用的重要領(lǐng)域。
專(zhuān)利是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)成果的重要體現，反映了最新科技發(fā)明、創(chuàng )造和設計。通過(guò)對專(zhuān)利數據的分析，可以明確產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現狀、該領(lǐng)域內國內外知名企業(yè)研發(fā)重點(diǎn)和核心技術(shù)情況。通過(guò)專(zhuān)利分析，可以明確我國在某個(gè)領(lǐng)域內存在的技術(shù)問(wèn)題，有助于政府及企業(yè)更好的布局。
目前，國內外關(guān)于對MEMS傳感器的專(zhuān)利分析文章越來(lái)越多，Polesello等以歐洲專(zhuān)利局的數據為基礎，分析了MEMS相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況。
梁琴琴等以美國科學(xué)情報研究所的德溫特專(zhuān)利數據庫為基礎，分析了2000-2014年全球34個(gè)國家及地區MEMS傳感器發(fā)展情況。
張運鴻等從物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)角度出發(fā)，分析了2008-2011年間德溫特專(zhuān)利數據庫中MEMS傳感器技術(shù)發(fā)展情況。
1、數據來(lái)源及分析方法
本文通過(guò)Orbit數據庫，共檢索全球106個(gè)國家、地區及世界知識產(chǎn)權組織專(zhuān)利數據。為了檢索的準確性和全面性，共進(jìn)行三次檢索。
檢索式為MEMS傳感器、MEMS Sensor、微機電系統 、Micro-Electro-Mechanical System 、Micro system 、微系統技術(shù)、Micro machine 、微機械、Micro & Nano技術(shù)、Microsensor，通過(guò)初次檢索擴查看IPC分類(lèi)號，根據同一類(lèi)的IPC號進(jìn)行二次篩選，再由不同類(lèi)的IPC號進(jìn)行第三次篩選得出最終結果。
檢索時(shí)間為2017年9月26日，專(zhuān)利檢索范圍為1997-2017年。通過(guò)Orbit數據庫共找到2000年至2017年間收錄專(zhuān)利組有122061個(gè)。
2、專(zhuān)利態(tài)勢分析
2.1 優(yōu)先權年分析
1997年至2017年間公開(kāi)的MEMS傳感器相關(guān)專(zhuān)利優(yōu)先權年分布情況如下圖1所示，可以看出全球每年申請的相關(guān)專(zhuān)利態(tài)勢良好，尤其在2000年以后。根據文獻報道可知MEMS傳感器的發(fā)展分為三個(gè)階段：
第一次MEMS傳感器浪潮是20世紀90年代開(kāi)始的，受益于汽車(chē)安全系統的驅動(dòng)，MEMS傳感器迎來(lái)了飛速發(fā)展，從圖1可以看出，從1997年至2000年MEMS傳感器專(zhuān)利增長(cháng)迅速。
第二次浪潮是2000年開(kāi)始，受益于消費電子，全球MEMS傳感器專(zhuān)利申請量最高達到8000件。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，MEMS傳感器迎來(lái)第三次浪潮。
由圖２、圖３可以看出，前十名MEMS傳感器專(zhuān)利申請國中，以美國最為突出，1997年至2017年的專(zhuān)利申請量達到7.5萬(wàn)件，占比24%。第二名是日本，專(zhuān)利量為5萬(wàn)件，占比16%。
我國占據第三位，尤其在近幾年，專(zhuān)利申請飛速增長(cháng)，占比15%。第四名是世界知識產(chǎn)權組織（WO），專(zhuān)利量將近3萬(wàn)件，占比9%。第五名是韓國，專(zhuān)利量占比9%，第六名為歐洲，專(zhuān)利量占比7%。
圖1 MEMS傳感器專(zhuān)利優(yōu)先權年分布情況
圖2 全球主要國家（地區）MEMS專(zhuān)利優(yōu)先權年分布情況
圖3 全球主要國家（地區）MEMS專(zhuān)利數量占比情況
2.2 專(zhuān)利權人分析
MEMS傳感器專(zhuān)利數量領(lǐng)先的前20名公司如圖4所示，分別是韓國三星電子公司、日本精工愛(ài)普生公司、日本東電電子公司、日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì )社、臺灣積體電路制造股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)臺積電）、美國應用材料公司、德國羅伯特·博世有限公司（Bosch）等。MEMS專(zhuān)利公司主要來(lái)自日本、韓 國、美國及德國。
雖然我國MEMS傳感器的專(zhuān)利數量排名第三，總體上具有優(yōu)勢，但是除了臺積電之外，在MEMS傳感器上的專(zhuān)利布局的龍頭公司幾乎沒(méi)有，說(shuō)明我國在MEMS傳感器上的發(fā)展較日本、韓國、美國及德國等還有一定差距。
圖4 在MEMS專(zhuān)利數量上領(lǐng)先的前20家公司
由圖5可以看出，前20名公司在專(zhuān)利布局的趨勢基本一致，1997年至2006年，專(zhuān)利申請量呈逐年上升態(tài)勢，受益于MEMS傳感器在汽車(chē)電子中的大規模應用，在2006年之后其在汽車(chē)電子上的應用基本趨于飽和，因此2006年至2010年企業(yè)在MEMS傳感器的申請量略有下降。
自2010年后，MEMS傳感器在消費電子上的應用開(kāi)始爆發(fā)，故2010年至2014年企業(yè)在MEMS傳感器的申請量呈現小幅度上升趨勢，但是在2014年后其在消費電子的應用也將近飽和，因此2014年至2017年呈下降趨勢。
這與文獻報道的MEMS傳感器的發(fā)展浪潮趨勢相一致，未來(lái)隨著(zhù)新興產(chǎn)業(yè)如物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、無(wú)人駕駛、智慧醫療及智能機器人等下游應用端的商業(yè)化進(jìn)程，MEMS傳感器將迎來(lái)第三次浪潮。
圖5 前20名公司專(zhuān)利優(yōu)先權年分布情況
2.3 技術(shù)領(lǐng)域分析
進(jìn)一步分析MEMS傳感器技術(shù)的IPC按小類(lèi)的分布情況，表1列出了專(zhuān)利數量排在前15位的小類(lèi)?？梢钥闯?，排在第一名是H01L小類(lèi)，專(zhuān)利量共有62718項；第二名是G02B，專(zhuān)利量為22733項；第三名是B81C，專(zhuān)利量為14054項。
其中屬于G部的最多，體現了MEMS傳感器的工作原理及測量對象。其次為H部，體現了MEMS傳感器的所屬領(lǐng)域。再次為Ｂ部，體現了MEMS傳感器的制備方法、裝置和系統。
表1 MEMS傳感器專(zhuān)利IPC小類(lèi)分析
3、結論
本文通過(guò)對全球范圍內優(yōu)先權年為1997-2017年期間，MEMS傳感器專(zhuān)利的優(yōu)先權年、專(zhuān)利權人及技術(shù)領(lǐng)域的分析研究，得出如下結論：
（1）通過(guò)對專(zhuān)利優(yōu)先權年的分析可以看出，MEMS傳感器受益于汽車(chē)電子及消費電子的發(fā)展，專(zhuān)利數量自1997年開(kāi)始快速增長(cháng)，2000年后申請數量開(kāi)始保持在相對平穩的狀態(tài)，而近幾年尤其在2016年后，MEMS傳感器專(zhuān)利數量開(kāi)始明顯下降，這是由于MEMS在汽車(chē)電子及消費電子領(lǐng)域的應用已趨于飽和，而新興產(chǎn)業(yè)如物聯(lián)網(wǎng)的應用還沒(méi)有形成規模。未來(lái)隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，MEMS傳感器將迎來(lái)新一輪的發(fā)展高峰。
（2）通過(guò)對MEMS專(zhuān)利主要國家及地區的分析可以看出，MEMS傳感器申請量主要集中在美國、日本、中國及世界知識產(chǎn)權組織等。雖然我國的專(zhuān)利數量占據全球第三的位置，但是專(zhuān)利質(zhì)量較差，核心專(zhuān)利較少。建議我國企業(yè)及研發(fā)機構加大MEMS傳感器技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)力度及國際專(zhuān)利的申請。
（3）通過(guò)對MEMS傳感器專(zhuān)利權人的分析可以看出，規模以上的企業(yè)有韓國三星電子、日本愛(ài)普生、美國應用化學(xué)、德國博世等公司，這些公司掌握了MEMS傳感器的核心技術(shù)，并占據全球MEMS傳感器市場(chǎng)主要份額。
我國僅有臺積電（中國臺灣）上榜，主要是因為我國MEMS傳感器專(zhuān)利集中在高校、研究所等單位，產(chǎn)業(yè)化程度不高。同時(shí)企業(yè)自主研發(fā)能力薄弱，政府對MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)的支持力度有限，這些因素制約了MEMS傳感器的發(fā)展。隨著(zhù)近幾年下游應用端的發(fā)展，MEMS傳感器受到政府及企業(yè)的重視。
政府以基金或項目的方式在資金或政策上基予MEMS傳感器的支持，企業(yè)也通過(guò)收購、并購、交流合作等方式布局MEMS傳感器，如國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金出資20億人民幣助力耐威科技（賽微電子）布局8英寸MEMS代工線(xiàn)。未來(lái)建議企業(yè)與高?；蜓芯克訌姰a(chǎn)學(xué)研合作，建議政府大力支持下，加緊在MEMS傳感器領(lǐng)域的布局。
未來(lái)MEMS傳感器將是物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智能機器人、智慧醫療及無(wú)人駕駛等領(lǐng)域實(shí)現的重要條件，隨著(zhù)下游應用的發(fā)展，MEMS傳感器將迎來(lái)發(fā)展高峰。
未來(lái)智能實(shí)驗室的主要工作包括：建立AI智能系統智商評測體系，開(kāi)展世界人工智能智商評測；開(kāi)展互聯(lián)網(wǎng)（城市）大腦研究計劃，構建互聯(lián)網(wǎng)（城市）大腦技術(shù)和企業(yè)圖譜，為提升企業(yè)，行業(yè)與城市的智能水平服務(wù)。每日推薦范圍未來(lái)科技發(fā)展趨勢的學(xué)習型文章。目前線(xiàn)上平臺已收藏上千篇精華前沿科技文章和報告。
