1997-2017年全球MEMS传感器专利分析

MEMS这一概念在国际上尚未有统一的名称和定义，美国、欧洲和日本根据其各自的发展特点而命名。美国称之为Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统，根据其在半导体集成电路工艺技术基础上延伸和拓展而来的，这是目前广为使用的名称。欧洲则更强调系统的观点，即如何将多个微型化的传感器、执行器、处理电路等元部件集成为一个智能化的有机整体，因此称之为Microsystem，即微系统。日本则根据其在精密机械加工方面的传统优势，称之为 Micromachine，即微机械。

MEMS是微电子与精密机械加工技术相结合的产物，涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，而MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器，是MEMS系统的重要分支。MEMS传感器以其优异的性能，如体积小、重量轻、成本低、功耗低、灵敏度高、可批量化生产、易于集成和实现智能化等特点，逐步取代传统机械传感器而占据主导地位。目前MEMS传感器主要应用在消费电子、汽车电子、航空航天、工业控制、医疗健康等领域，未来物联网产业将是MEMS传感器应用的重要领域。

专利是人类科学技术成果的重要体现，反映了最新科技发明、创造和设计。通过对专利数据的分析，可以明确产业领域的技术发展现状、该领域内国内外知名企业研发重点和核心技术情况。通过专利分析，可以明确我国在某个领域内存在的技术问题，有助于政府及企业更好的布局。

目前，国内外关于对MEMS传感器的专利分析文章越来越多，Polesello等以欧洲专利局的数据为基础，分析了MEMS相关技术的发展情况。梁琴琴等以美国科学情报研究所的德温特专利数据库为基础，分析了2000-2014年全球34个国家及地区MEMS传感器发展情况。张运鸿等从物联网产业角度出发，分析了2008-2011年间德温特专利数据库中MEMS传感器技术发展情况。

1 数据来源及分析方法

本文通过Orbit数据库，共检索全球106个国家、地区及世界知识产权组织专利数据。为了检索的准确性和全面性，共进行三次检索。检索式为MEMS传感器、MEMS Sensor、微机电系统 、Micro-Electro-Mechanical System 、Micro system 、微系统技术、Micro machine 、微机械、Micro & Nano技术、Microsensor，通过初次检索扩查看IPC分类号，根据同一类的IPC号进行二次筛选，再由不同类的IPC号进行第三次筛选得出最终结果。检索时间为2017年9月26日，专利检索范围为1997-2017年。通过Orbit数据库共找到2000年至2017年间收录专利组有122061个。

2 专利态势分析

2.1 优先权年分析

1997年至2017年间公开的MEMS传感器相关专利优先权年分布情况如下图1所示，可以看出全球每年申请的相关专利势态良好，尤其在2000年以后。根据文献报道可知MEMS传感器的发展分为三个阶段：

第一次MEMS传感器浪潮是20世纪90年代开始的，收益于汽车安全系统的驱动，MEMS传感器迎来了飞速发展，从图1可以看出，从1997年至2000年MEMS传感器专利增长迅速。第二次浪潮是2000年开始，受益于消费电子，全球MEMS传感器专利申请量最高达到8000件。随着物联网产业的发展，MEMS传感器迎来第三次浪潮。由图２、图３可以看出，前十名MEMS传感器专利申请国中，以美国最为突出，1997年至2017年专利的申请量达到7.5万件，占比24%。第二名是日本，专利量为5万件，占比16%。我国占据第三位，尤其在近几年，专利申请飞速增长，占比15%。第四名是世界知识产权组织（WO），专利量将近3万件，占比9%。第五名是韩国，专利量占比9%，第六名为欧洲，专利量占比7%。

图1 MEMS传感器专利优先权年分布情况

图2 全球主要国家（地区）MEMS专利优先权年分布情况

图3 全球主要国家（地区）MEMS专利数量占比情况

2.2 专利权人分析

MEMS传感器专利数量领先的前20名公司如图4所示，分别是韩国三星电子公司、日本精工爱普生公司、日本东电电子公司、日本松下电器产业株式会社、台湾积体电路制造股份有限公司（简称台积电）、美国应用材料公司、德国罗伯特·博世有限公司（Bosch）等。MEMS专利公司主要来自日本、韩 国、美国及德国。虽然我国MEMS传感器的专利数量排名第三，总体上具有优势，但是除了台积电之外，在MEMS传感器上的专利布局的龙头公司几乎没有，说明我国在MEMS传感器上的发展较日本、韩国、美国及德国等还有一定差距。

图4 在MEMS专利数量上领先的前20家公司

由图5可以看出，前20名公司在专利布局的趋势基本一致，1997年至2006年，专利申请量呈逐年上升势态，受益于MEMS传感器在汽车电子中的大规模应用，在2006年之后其在汽车电子上的应用基本趋于饱和，因此2006年至2010年企业在MEMS传感器的申请量略有下降。自2010年后，MEMS传感器在消费电子上的应用开始爆发，故2010年至2014年企业在MEMS传感器的申请量呈现小幅度上升趋势，但是在2014年后其在消费电子的应用也将近饱和，因此2014年至2017年呈下降趋势。这与文献报道的MEMS传感器的发展浪潮趋势相一 致，未来随着新型产业如物联网、智能制造、无人驾驶、智慧医疗及智能机器人等下游应用端的商业化进程，MEMS传感器将迎来第三次浪潮。

图5 前20名公司专利优先权年分布情况

2.3 技术领域分析

进一步分析MEMS传感器技术的IPC按小类的分布情况，表1列出了专利数量排在前15位的小类。可以看出，排在第一名是H01L小类，专利量共有62718项；第二名是G02B，专利量为22733项；第三名是B81C，专利量为14054项。其中属于G部的最多，体现了MEMS传感器的工作原理及测量对象。其次为H部，体现了MEMS传感器的所属领域。再次为Ｂ部，体现了MEMS传感器的制备方法、装置和系统。

表1 MEMS传感器专利IPC小类分析

3 结论

本文通过对全球范围内优先权年为1997-2017年期间，MEMS传感器专利的优先权年、专利权人及技术领域的分析研究，得出如下结论：

（1）通过对专利优先权年的分析可以看出，MEMS传感器受益于汽车电子及消费电子的发展，专利数量自1997年开始快速增长，2000年后申请数量开始保持在相对平稳的状态，而近几年尤其在2016年后，MEMS传感器专利数量开始明显下降，这是由于MEMS在汽车电子及消费电子领域的应用已趋于饱和，而新增产业如物联网的应用还没有形成规模。未来随着物联网产业的发展，MEMS传感器将迎来新一轮的发展高峰。

（2）通过对MEMS专利主要国家及地区的分析可以看出，MEMS传感器申请量主要集中在美国、日本、中国及世界知识产权组织等。虽然我国的专利数量占据全球第三的位置，但是专利质量较差，核心专利较少。建议我国企业及研发机构加大MEMS传感器技术领域的研发力度及国际专利的申请。

（3）通过对MEMS传感器专利权人的分析可以看出，规模以上的企业有韩国三星电子、日本爱普生、美国应用化学、德国博世等公司，这些公司掌握了MEMS传感器的核心技术，并占据全球MEMS传感器市场主要份额。我国仅有台积电（中国台湾）上榜，主要是因为我国MEMS传感器专利集中在高校、研究所等单位，产业化程度不高。同时企业自主研发能力薄弱，政府对MEMS传感器产业的支持力度有限，这些因素制约了MEMS传感器的发展。随着近几年下游应用端的发展，MEMS传感器受到政府及企业的重视。政府以基金或项目的方式在资金或政策上基于MEMS传感器的支持，企业也通过收购、并购、交流合作等方式布局MEMS传感器，如国家集成电路产业投资基金出资20亿人民币助力耐威科技布局8英寸MEMS代工线。未来建议企业与高校或研究所加强产学研合作，建议政府大力支持下，加紧在MEMS传感器领域的布局。

未来MEMS传感器将是物联网、智能制造、智能机器人、智慧医疗及无人驾驶等领域实现的重要条件，随着下游应用的发展，MEMS传感器将迎来发展高峰。