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