電子元件行業專利信息簡報

發布:2018-09-30 15:59:46 閱讀:957

第一部分:行業簡介

 

電子元器件是電子元件和電小型的機器、儀器的組成部分,其本身常由若干零件構成,可以在同類產品中通用;常指電器、無線電、儀表等工業的某些零件,如電容、晶體管、游絲、發條等子器件的總稱。

 

一、電子元件行業發展介紹:


電子元器件發展史是一部濃縮的電子發展史。電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發展起來的新興技術,二十世紀發展最迅速,應用最廣泛,成為近代科學技術發展的一個重要標志;1906年,美國發明家德福雷斯特發明了真空三極管(電子管)。第一代電子產品以電子管為核心。四十年代末世界上誕生了第一只半導體三極管,它以小巧、輕便、省電、壽命長等特點,很快地被各國應用起來,在很大范圍內取代了電子管。五十年代末期,世界上出現了第一塊集成電路,它把許多晶體管等電子元件集成在一塊芯片上,使電子產品向更小型化發展。集成電路從小規模集成電路迅速發展到大規模集成電路和超大規模集成電路,從而使電子產品向著高效能低消耗、高精度、高穩定、智能化的方向發展。

20世紀出現并得到飛速發展的電子元器件工業使整個世界和人們的工作、生活習慣發生了翻天覆地的變化。電子元器件的發展歷史實際上就是電子工業的發展歷史,由于社會發展的需要,電子裝置變的越來越復雜,這就要求了電子裝置必須具有可靠性、速度快、消耗功率小以及質量輕、小型化、成本低等特點。

20世紀50年代提出集成電路的設想后,由于材料技術、器件技術和電路設計等綜合技術的進步,在20世紀60年代研制成功了第一代集成電路。在半導體發展史上。集成電路的出現具有劃時代的意義:它的誕生和發展推動了銅芯技術和計算機的進步,使科學研究的各個領域以及工業社會的結構發生了歷史性變革。憑借卓越的科學技術所發明的集成電路使研究者有了更先進的工具,進而產生了許多更為先進的技術。這些先進的技術有進一步促使更高性能、更廉價的集成電路的出現。對電子器件來說,體積越小,集成度越高;響應時間越短,計算處理的速度就越快;傳送頻率就越高,傳送的信息量就越大。半導體工業和半導體技術被稱為現代工業的基礎,同時也已經發展稱為一個相對獨立的高科技產業。

 

第二部分:商業情報分析

 

電子元器件制造業是電子信息產業的重要組成部分,是通信、計算機及網絡、數字音視頻等系統和終端產品發展的基礎,其技術水平和生產能力直接影響整個行業的發展,對于電子信息產業的技術創新和做大做強有著重要的支撐作用。

在全球半導體市場快速增長的帶動下,我國半導體產業快速發展。到2018年,我國半導體產業銷售額將超過8000億元。近年來,我國半導體市場需求持續攀升,占全球市場需求的比例已由2003年的18.5%提升到2014年的56.6%,成為全球最大的半導體市場。下圖為2009-2018年我國半導體產業銷售情況變化圖。


與旺盛的市場需求形成鮮明對比,我國集成電路產業整體競爭力不強,在各類集成電路產品中,中國僅移動通信領域的海思、展訊能夠比肩高通、聯發科的國際水準。本土集成電路供需存在很大的缺口,下圖為2010-2018我國集成電路供需情況對比圖,其中2019年是預測。



在集成電路中,PC、服務器的CPU芯片以及手機等移動終端中需求量最大的存儲芯片更是幾乎完全依賴于進口。賽迪智庫集成電路研究所的研究報告指出,CPU和存儲器占據國內集成電路進口總額的75%。2013-2016年間,存儲芯片進口額從460億美元增至680億美元,2017年將突破700億美元。存儲器已經成為我國半導體產業受外部制約最嚴重的基礎產品之一,因此存儲器國產化也成為了我國半導體發展大戰略中的重要一步,下圖為我國集成電路進出口對比。


 

集成電路行業是信息產業的核心,關系著我國的信息安全,2015年,紫光集團收購美光被否一定程度上就可以看出美國對集成電路尤其是存儲器行業的重視。同時,集成電路又是一個資本壁壘和技術壁壘非常高的行業,投入高、周期長、風險大。我國集成電路市場起步較晚,與國際大型同類公司英特爾、三星、高通有較大差距,在通用CPU、存儲器、微控制器和數字信息處理器等通用集成電路和一些高端專用電路上,還存在多處技術空白。因此,近年來我國不斷推出相關政策并提供資金推動集成電路產業的發展?!豆壹傻緶凡搗⒄雇平僖訪魅分賦?,到2020年我國半導體產業年增長率不低于20%;與此同時,我國企業也積極通過并購及引進技術和人才等手段提升企業競爭力。



一、我國對電子元件推出的產業政策和方針計劃


我國自2000年以來不斷推出產業政策和方針計劃推動并指引集成電路產業的發展。

 

時間

  政策

  內容

2002.06.24

鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知

通過政策引導,鼓勵資金、人才等資源投向軟件產業和集成電路產業,進一步促進我國信息產業快速發展,力爭到2010年使我國軟件產業研究開發和生產能力達到或接近國際先進水平,并使我國集成電路產業成為世界主要開發和生產基地之一;"十五"計劃中適當安排一部分預算內基本建設資金,用于軟件產業和集成電路產業的基礎設施建設和產業化項目。

2008.01.01

 

集成電路產業“十一五”專項規劃

形成以設計業為龍頭、制造業為核心、設備制造和配套產業為基礎,較為完成的集成電路產業鏈。鼓勵設計業與整機之間的合作,加快涉及國家安全和量大面廣集成電路產品的設計開發,培育一批具有較強自主創新能力的骨干企業,開發具有自主知識產權的集成電路產品。

2011.02.09

進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策

進一步落實和完善相關營業稅優惠政策,對符合條件的軟件企業和集成電路設計企業從事軟件開發與測試,信息系統集成、咨詢和運營維護,集成電路設計等業務,免征營業稅,并簡化相關程序;對符合條件的集成電路企業技術進步和技術改造項目,中央預算內投資給予適當支持;發揮國家科技重大專項的引導作用,大力支持軟件和集成電路重大關鍵技術的研發,努力實現關鍵技術的整體突破,加快具有自主知識產權技術的產業化和推廣應用。

2012.02.24

集成電路產業“十二五”專項規劃

先進設計能力達到22納米,開發一批具有自主知識產權的核心芯片,國內重點整機應用自主開發集成電路產品的比例達到30%以上。

2014.06.24

國家集成電路產業發展推進綱要

到2015年,集成電路產業發展體制機制創新取得明顯成效,建立與產業發展規律相適應的融資平臺和政策環境,集成電路產業銷售收入超過3500億元;到2020年,集成電路產業與國際先進水平的差距逐步縮小,全行業銷售收入年均增速超過20%,企業可持續發展能力大幅增強;到2030年,集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平,一批企業進入國際第一梯隊,實現跨越發展。

2015.05.19

中國制造

2025

到2020年,40%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現自主保障,受制于人的局面逐步緩解,航天裝備、通信裝備等產業急需的核心基礎零部件(元器件)和關鍵基礎材料的先進制造工藝得到推廣應用。到2025年,70%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現自主保障,80種標志性先進工藝得到推廣應用,部分達到國際領先水平,建成較為完善的產業技術基礎服務體系,逐步形成整機牽引和基礎支撐協調互動的產業創新發展格局。

2015.07.04

國務院關于積極推進
“互聯網+”行動的指導意見

以高端通用芯片和基礎軟件為抓手,構建安全可靠核心信息設備綜合驗證、集成測試、系統評測等公共服務平臺和產業鏈協同創新平臺。

 

二、國家集成電路產業投資基金部分投資項目


2014年9月,國家集成電路產業投資基金成立,主要用于集成電路產業的投資,支持行業的發展壯大。國家集成電路產業投資基金共投資43個項目,累計項目投資額達到818億元,實際出資超過560億元。


時間

項目

2015.01.09

中微半導體獲得大基金4.8億元投資。

2015.02.13

大基金認購中芯國際47億股(約25億元),成為中芯國際持股10%以上的主要股東。

2015.02.13

大基金與國內芯片設計巨頭紫光集團簽訂的100億元的戰略投資協議。

2015.05.08

打印機耗材芯片龍頭艾派克5月定增7.5億元開發打印機芯片,該項目獲得大基金認購入股4.29%。

2015.06.16

大基金受讓三安光電二股東三安集團股份,推動化合物半導體芯片制造項目。

2015.08.18

大基金聯合京東方A,設立規模40億元集成電路基金,投資顯示面板相關的集成電路上下游產業及其相關應用領域。

2015.08.27

大基金最新設立芯鑫融資租賃項目,投資設備租賃。

2015.09.12

參與北斗星通16.8億元定增,投資北斗定位芯片、云計算項目的研發。

2015.09.17

大基金聯合美國高通子公司與中心國際簽訂2.8億美元投資意向書,用以投資中芯長電,加快建設國內第一條12英寸凸塊生產線,提升現金制造能力。


大基金的成立還帶動了部分地方政府對集成電路產業的資金支持。目前除北京、上海、深圳一線城市,各省市均有規模不等的集成電路投資基金,總計規模超過了3400億元,如果加上民間資金很可能已經超過了4000億元規模。


 

在下游市場需求不斷增長,國家產業政策及資金的推動之下,我國集成電路產業投資迅速增長。2017年中國總計有14座晶圓廠正在興建,并將于2018年開始裝機。2018年中國晶圓設備支出總金額將逾100億美元,成長超過55%,全年支出金額位居全球第二。總計2017年中國將有48座晶圓廠有設備投資,支出金額達67億美元。展望2018年,預估中國將有49座晶圓廠有設備投資,支出金額約100億美元。2017年我國集成電路投資額將達到780億元。在投資斷加大的情況下,集成電路產業的整體規模得到了極大的提升。2004年至2016年,除少數幾年外,集成電路設計、制造及封測行業年銷售額增長率均在10%以上。2016年,集成電路設計、制造和封測業銷售額分別達到了1644.30、1126.90和1564.30億元。下圖為集成電路固定資產投資額與增加率曲線變化圖。


 

 

 


 

第三部分:專利情報分析

 

 

一、電子元件行業四大主要企業專利申請分析


本部分研究蘋果、三星、華為和高通的專利布局信息,進行專利數據分析,以期檢索使用數據庫:soopat,檢索以申請人為檢索入口。


檢索使用關鍵詞:蘋果 and 芯片、三星 and 芯片、華為 and 芯片、高通 and 芯片;

檢索范圍:全球專利;

檢索日期:2018-09-05


目前蘋果公司在芯片這個領域的的專利申請量在中國的申請量超過60件。從2005-2017年,蘋果公司每年都有芯片行業的專利申請,申請量如下圖所示,其中發明申請33件,其中授權20件、實質審查8件、視為撤回4件、駁回1件,蘋果公司申請發明的授權率為60%,說明蘋果公司每年都有新的研發和新的技術產生,并且新的技術一直處于前沿,2016開始蘋果公司的申請量有所下降,可能是2016年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 

目前蘋果公司在芯片這個領域的專利申請量在世界的申請量超過473件,其中美國申請量最高達到了286件,從下圖可以看出,從2006年開始,蘋果公司在芯片領域的申請量開始明顯的增大,且一直持續至今,2016開始蘋果公司的申請量有所下降,可能是2016年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 

目前三星公司在芯片這個領域的的專利申請量在中國的申請量超過182件。從2005-2017年,三星公司每年都有芯片行業的專利申請,申請量如下圖所示,其中發明申請120件,其中授權98件、實質審查14件、視為撤回25件、駁回24件,三星公司申請發明的授權率為81%,說明三星公司每年都有新的研發和新的技術產生,并且新的技術一直處于前沿,2015開始三星公司的申請量有所下降,可能是2015年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 

目前三星公司在芯片這個領域的的專利申請量在世界的申請量超過25146件,其中在韓國申請量最高達到了15491件,從下圖可以看出,從1995年開始,三星公司在芯片領域的申請量開始明顯的增大,且一直持續至今,2016開始三星公司的申請量有所下降,可能是2016年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 

目前華為公司在芯片這個領域的的專利申請量在中國的申請量超過1701件。從2005-2017年,華為公司每年都有芯片行業的專利申請,申請量如下圖所示,其中發明申請990件,其中授權477件、實質審查212件、視為撤回51件、駁回94件,華為公司申請發明的授權率為48%,說明華為公司每年都有新的研發和新的技術產生,并且新的技術一直處于前沿,2015開始華為公司的申請量有所下降,可能是2015年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 

目前華為公司在芯片這個領域的的專利申請量在世界的申請量超過3085件,其中在中國申請量最高達到了1701件,從下圖可以看出,從2013年開始,華為公司在芯片領域的申請量開始明顯的增大,且一直持續至今,2016開始華為公司的申請量有所下降,可能是2016年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 

目前高通公司在芯片這個領域的專利申請量在中國的申請量超過264件。從2005-2017年,高通公司每年都有芯片行業的專利申請,申請量如下圖所示,其中發明申請170件,其中授權80件、實質審查67件、視為撤回10件、駁回4件,高通公司申請發明的授權率為47%,說明高通公司每年都有新的研發和新的技術產生,并且新的技術一直處于前沿,2016開始高通公司的申請量有所下降,可能是2016年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 

目前高通公司在芯片這個領域的的專利申請量在世界的申請量超過2445件,其中在美國申請量最高達到了737件,從下圖可以看出,從1993年開始,高通公司在芯片領域的申請量開始明顯的增大,且一直持續至今,2016開始高通公司的申請量有所下降,可能是2016年之后申請的發明專利還沒有公開。

 

 


二、手機芯片四大公司專利分析


從上面的專利情況可以看出,三星公司的申請量遠遠領先于其他三家公司,并且三星公司和高通公司在芯片領域研發的時間長,蘋果公司和華為公司起步較晚,因此申請量上三星公司和高通公司的申請量遠遠領先于行業內其他公司,蘋果公司在芯片領域的代表芯片為A12、A11,三星公司在芯片領域的代表芯片為Exynos系列,高通公司在芯片領域的代表芯片為驍龍系列,華為公司在芯片領域的代表芯片為麒麟系列,下圖是各個芯片性能之間的對比圖,從圖中可以看出蘋果公司的A11芯片的性能較其他公司的芯片性能更好。


 

 


第四部分:電子元件行業在我國未來的發展預測

 

 

一、我國電子元件行業的現狀


我國電子元件行業整體仍然面臨很多挑戰,不缺錢,主要缺技術積累,缺人才,仍然需要很長時間才能趕上世界先進水平。


大量的電子元器件品種并不需要像生產集成電路那樣的生產設備,也不需要那么大的投資。這些電子元器件就是對金屬和一些材料的高精度加工,但要做好并不容易。例如,我們最常見、最低檔的、電子產品中用量最大的電阻和電容。普通民用的電阻和電容有兩大特點:


第一,需求量極大,每個電路板少則用幾十顆,多則用幾千顆。


第二,價格極其低廉,貼片電阻和電容都是用紙帶包裝卷在圓盤上銷售的,可以直接用在SMT機的進料口上,國產貨通常5000-10000顆一卷,售價為十幾元到幾十元?;瘓浠八?,平均每顆的價格還不到人民幣一厘錢。

 


但是,無論這類元器件有多便宜,焊接到電路板上,只要有一顆壞了,就會讓整個電路板報廢,無論的電路板有多值錢。所以,我國的電子產品生產大廠,盡量會避免使用國內小廠的電阻電容產品,寧愿使用進口的如三星、TDK等名牌廠家的產品,因為實在承擔不起損壞的風險。


總之,電子元器件的品類太多了,即使是生產廠投資不大的,我國也缺乏技術積累,幾乎沒有辦法在短時間內迎頭趕上。關鍵是缺乏這方面的人才,并且,這些人才短時間是無法在中國從事研究的。


摩爾定律告訴我們芯片工藝如何進步,但沒告訴我們建造芯片工廠的投資如何增長。實際上每一代制程工藝的進步,新建工廠所需投資額都大幅度增長。從70年代的幾千萬美元,到幾億美元、十幾億美元、幾十億美元、上百億美元,而最近三星、英特爾和臺積電投資的7納米生產廠,投資額均已經超過二百億美元,這種天價的建設成本帶來兩種后果:


第一個后果,小國或者新進入芯片行業的國家,已經沒有經濟實力追求最先進的制程工藝,臺灣和韓國都是舉政府之力全力支持,并且從幾十年前芯片工廠所需投資還沒那么大的時候就進入行業,經過以廠養廠的良性循環,利用舊工廠的高利潤才能撐得起對新廠房的投入。而投入稍微不足,便一步落后步步落后,如今歐洲和日本的芯片企業都已經無力再追尋最先進的制程工藝了。全世界最先進的芯片制程工藝只掌握在三家公司手中:三星,臺積電,英特爾。而目前唯一有可能趕上來的,就是中國。


第二個后果,就是如此高價的廠房,靠自家的產品一般都無法填滿產能,帶來的后果就是自家產品的成本飆升。為了填滿產能,攤平成本,所有掌握最先進工藝的廠家都必須為其它公司代工。這就導致了芯片行業分化為三類企業:從設計,到制造、封裝測試以及投向消費市場一條龍全包的企業,稱為IDM

(Integrated Design and Manufacture),例如三星和英特爾,都有自己品牌的芯片產品,但也為其它企業代工;沒有工廠只有設計和市場部門的FABLESS企業;和為其它企業代工生產的FAB公司,臺積電就只有代工,沒有自己品牌芯片產品的。世界上也有一些芯片企業,在特定的行業里市場占有率高,而芯片工廠的制程工藝并不高,成本也不高,這些企業是不用給別家代工的,自己生產自己設計的芯片就夠。


沒有芯片工廠的FABLESS企業有很多,比如華為海思、AMD、NVIDIA、高通、MTK、博通,等等。通訊行業霸主高通就沒有自己的芯片廠,所有產品都是臺積電或者三星代工生產的,華為不止是手機CPU是自己設計,它的網絡產品中用的交換機芯片、路由器芯片、電源管理等等很多芯片都是自己設計找FAB廠代工的?;嗆誦牡繾釉骷災髀首罡叩鬧泄笠?,當然,華為也有大量的電子元器件需要進口。


二、中國的芯片制造業水平


1、總體來說,落后三年多

中國的經濟實力是在最近十年左右才爆發性增長的。由于芯片 FAB工廠所需投資額巨大,十幾年前中國實際上沒有多少錢投入,水平落后是必然的。再加上科研體制的問題,早期有一幫公司靠打磨進口芯片冒充自己的產品,造成了極其惡劣的影響。


中國的芯片制程技術比世界最先進水平落后兩代以上,時間上落后三年多(臺積電和三星的14/16納米制程工藝都是在2015年開始量產的)。


2、落后的根本原因在于人才和技術

但是在這里必須說明,中國芯片制程落后的最主要原因,并不是買不到光刻機,或者是光刻機到貨太晚。最主要的原因在于沒有足夠的人才和技術。現狀就是,即使把所有最先進的生產設備馬上交給中國芯片制造企業,中國芯片企業在三年內也沒有能力量產最先進的芯片制程。事實上中芯國際目前就有14納米制程的全套設備。我們芯片行業最大的瓶頸在于缺乏技術和人才


3、彎道超越的機會

那么到底有沒有機會趕上呢?也許未來5年左右是個彎道超車的機會,原因在于:新一代制程工藝對于半導體線寬的縮小不是無限制的。業界普遍認為,以目前的工藝技術,到了3納米以下的時候,電子在半導體內的流動就不是按照我們所理解的理論來走了,而是會遇到神秘的量子效應,當前的工藝技術就失效了。各大領先企業都投入巨資研發全新的工藝和技術,試圖突破這一限制。但到目前為止,還見不到實用的技術突破。所以,在5年之內,各領先企業都會停滯在3納米制程附近,正是中國趕上來的好機會。但是也有可能,未來5年真會有技術突破,那么領先企業還會繼續領跑,中國還得在后面苦苦追趕。


在很多產品線上,比如WIFI芯片、藍牙芯片、交換機芯片、FPGA芯片,中國的企業都有布局,都有產品,只不過產品還比較低端,占據高端的依然是國際大廠。高端芯片比低端芯片強的主要不在制程工藝上,甚至低端芯片的制程工藝和高端芯片可能是一樣的甚至更高。高端芯片高在這三個方面:


      1)擁有專利,甚至寫入了行業標準;

      2)能領導行業標準的升級,性能更好功能更多;

      3)在推出時間上能領先低端廠家,吃掉產品生命周期中利潤最豐厚的時段。


以WIFI芯片為例:國際大廠如英特爾、博通、Marvell等,都養了一大批研究人員,對未來幾年的技術進行研究,同時在IEEE的WIFI標準化組織里投遞研究成果,和同行PK,爭取把自己的專利寫進下一版標準中去。同時工程部門同步做實現,能在IEEE開會的時候拿出樣品做成果展示。當WIFI標準一定稿,立即推出產品。國內做WIFI芯片的小廠根本沒有這個實力參與這場游戲,只能等WIFI新版標準發布之后,拿到文檔,仔細研究,然后研發生產。更多的時候,最新標準還無法實現,只能生產老版標準的產品。這就是低端產品和高端產品的主要差別。


總之,在芯片行業,我國企業的布局已經展開,發展迅猛。主要的問題是,仍然有一些空白點需要填補,已有的產品偏向低端,需要慢慢向高端拓展。

 

 

 

  
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