뉴스 : 마이크로

11 12월 2023

질화갈륨(GaN) 전력 장치는 측면 GaN 장치를 시작으로 여러 전력 애플리케이션에 성공적으로 채택되었습니다. 새로운 GaN 전자 IP 보고서가 발표된 후 기술 인텔리전스 및 IP 전략 컨설팅 회사인 KnowMade는 전력 GaN 특허 환경에서 수직형 GaN 장치 기술의 상태에 대해 논의합니다. 측면 장치의 항복 전압 및 전류 용량 제한을 극복하고 일부 열 문제를 완화할 수 있는 잠재력을 갖춘 수직 GaN은 차세대 전력 장치를 위한 유망 기술로 간주됩니다.

중국, 수직형 GaN 발명 활동에서 일본의 주도권 인수

특허 활동(그림 1)에 따르면, 수직형 GaN 전원 장치의 지적 재산(IP) 개발은 2000년대 중반 일본 기업(Sumitomo Electric, ROHM, Toyota Motor)을 중심으로 시작되었습니다. 그러나 연간 발명 건수는 2012년까지 상대적으로 낮은 수준을 유지했습니다. 2013년에는 Sumitomo Electric, Toyoda Gosei, SEOUL Semiconductor 및 Avogy(전력 GaN 특허가 2017년 NexGen Power Systems로 이전됨)를 중심으로 발명 활동이 급격히 증가했습니다. 2015년부터 Fuji Electric, Denso, Panasonic 및 Bosch와 같은 새로운 선도적 혁신 기업이 등장하면서 수직형 GaN 전력 장치에 대한 IP 활동이 정체기에 도달했습니다. 특히, 연구 기관인 Xidian University와 UESTC가 이끄는 중국 선수들은 창의적인 활동에 앞장서 2020년부터 매년 일본 선수들을 능가하는 것으로 보입니다.

그림 1: 2001년 이후 수직형 GaN 전력 장치와 관련된 특허 간행물의 시간 변화.

수직 GaN 분야의 IP 신규 이민자 대부분은 중국에서 왔습니다.

2019년부터 특허 환경에 진입한 주요 IP 신참자는 산동대학교, 시안교통대학교 등 중국 연구기관과 중국 기업이다. 그 중 하나는 2018년에 설립된 스타트업 GLC Semiconductor로, GaN 에피웨이퍼 개발 및 생산에 주력하고 GaN 칩 설계, 생산, 패키징 및 테스트 서비스를 제공합니다. 이 회사는 2020년 수직형 GaN FET 구조와 관련된 여러 가지 발명품을 공개했으며, 예순민 회장을 발명자로 삼았습니다. 흥미롭게도, 자신의 발명품을 중국에서만 보호하려는 대부분의 중국 기업과 달리 GLC는 미국에서 여러 건의 특허 출원을 성공적으로 제출했습니다.US11411099, US10854734), 대만, 중국 외에.

중국 이외의 지역에서는 반수직 및 수직 GaN 전력 장치 개발을 목표로 하는 겐트 대학과의 협력에 따라 2020년 imec과 같은 일부 주목할만한 업체가 이 IP 공간에 진출했습니다.US20220406926, EP3627559). 동시에 imec은 수직 GaN 전력 다이오드와 트랜지스터를 공동 통합하는 접근 방식을 개발했습니다(US11380789). 흥미롭게도 CEA를 포함한 다른 주요 유럽 연구 기관들은 2019년부터 이 분야에서 IP 활동을 재개했습니다. 프랑스 연구 기관은 새로운 수직 GaN 전력 장치 개발을 위해 CNRS와 협력해 왔습니다.US20230136949) 및 2022년에 수직 GaN FET를 설명하는 두 가지 추가 발명품을 발표했습니다(US20220310790) 및 다이오드(US20220037538). 미국에서는 코넬대학교 연구진인 Rick Brown과 James Shealy가 2019년 설립한 스타트업 Odyssey Semiconductor가 수직 GaN FET를 설명하는 첫 번째 특허군(발명)으로 2022년 수직 전력 GaN 장치 특허 환경에 진입했습니다.US11652165, US11251295).

NexGen과 Bosch가 도전하는 일본의 유명 IP 플레이어

2017년 Avogy가 파산한 후 CEO Dinesh Ramanathan은 Avogy의 전력 GaN 특허를 인수한 신생 기업 NexGen Power Systems를 설립했습니다. 2021년에 NexGen은 이 분야에서 자체 특허 활동을 시작했습니다. 그 이후로 수직형 GaN FinFET과 관련된 여러 특허 출원을 포함하여 10개 이상의 발명품을 발표했습니다(예: US20230260996 과 US20230246027). 이러한 수직 장치는 2012년 첫 번째 특허 공개에서 알 수 있듯이 2014년부터 Bosch에서 개발되었습니다(US9525056). 그러나 보쉬는 2019년까지 이 분야에서 활동하지 않았으며, 2021년에는 특허 출원을 포함해 15개 이상의 새로운 특허군(발명품)을 통해 수직 전력 GaN 기술에 대한 IP 전략을 가속화했습니다. US20220310836 과 US20220285542.

그림 2: 2000년 이후 수직형 GaN 전력 장치와 관련된 창의적인 활동을 주도한 주요 플레이어.

지금까지 일본의 주요 혁신가들은 중국 기업이 아닌 중국 연구 기관, 특히 Xidian University 및 UETC의 도전을 받았습니다(그림 2). 이들 중국 대학은 자신의 발명품을 보호하기 위해 중국에 초점을 맞추고 있으며, 국내 수직형 GaN 기술 개발을 지원하기 위해 특허 포트폴리오를 어떻게 활용할지는 아직 지켜봐야 합니다. 예를 들어, 빠르게 발전하는 전력 SiC 산업에서 우리는 이러한 조직이 파트너십과 특허 이전을 통해 새로운 국내 플레이어의 출현을 주도하는 것을 보았습니다. GaN 전자 장치의 경우 KnowMade는 새로운 플레이어의 진입을 감지하기 위해 여러 모니터링 도구를 구현했습니다. 특허 환경 과의 과학적인 풍경.

일본 기업은 발명 측면에서 수직형 GaN 전력 장치에 대한 가장 큰 특허 포트폴리오를 보유하고 있지만(그림 2), IP 경쟁에 미치는 영향은 매우 대조적입니다(그림 3). 예를 들어, 이 분야의 주요 혁신자인 Sumitomo Electric은 더 이상 수직형 GaN 전력 장치와 경쟁하지 않는 것 같습니다. 이 회사는 수직형 GaN 발명을 보호하는 특허의 70%를 포기했습니다. Toyota Group 내에서는 Toyoda Gosei, Toyota Motor 및 Denso와 같은 여러 회사가 수직 GaN 특허를 적극적으로 제출해 왔습니다. 결과적으로 Toyota 그룹은 이 분야에서 확실한 IP 리더로 두각을 나타내고 있습니다. 그러나 이들 회사는 수년에 걸쳐 수직형 GaN 전력 장치 IP 환경에서 상당히 다른 궤적을 따라왔습니다(그림 3).

그림 3: 수직형 GaN 전력 장치를 위한 글로벌 IP 경쟁.

2000년대부터 특허 출원을 시작한 Toyota Motor는 Sumitomo Electric 및 Fuji Electric과 함께 이 분야의 주요 역사적 플레이어 중 하나입니다. 그러나 Toyota가 2018년에 이 분야의 새로운 플레이어인 Denso와 파트너십을 시작하여 전력 GaN 기술 개발을 가속화하고 20개 이상의 특허를 공동 출원할 때까지 IP 리더십은 제한적이었습니다. 그 이후로 여러 수직 GaN 특허 공동 출원의 소유권이 Denso로 이전되어 Denso가 이 협력에서 주도권을 잡았음을 확인했습니다. 반면, 도요다 고세이는 도요타 자동차보다 훨씬 늦은 2014년부터 수직형 GaN MISFET 개발을 기술하는 수직형 GaN 특허 출원을 적극적으로 공개하기 시작했습니다. Toyoda Gosei는 수직형 GaN 전력 장치에 대해 가장 많은 특허를 보유하며 이 분야에서 최고의 IP 플레이어로 자리매김한 후 2021년 IP 활동을 중단했습니다. 최근 도요다 고세이 발표 파워 디바이스를 겨냥한 직경 6인치 GaN 기판 개발을 위해 오사카대학교와 성공적인 협력을 이뤘습니다.

Toyota Group의 뒤를 이어 Fuji Electric과 NexGen이 수직 GaN 전력 장치의 주요 IP 리더로 부상했으며 Bosch가 주요 IP 도전자로 부상했습니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 Xidian University는 지금까지 IP 활동이 중국으로 제한되어 있었지만 다른 주요 IP 플레이어와의 격차를 좁히고 있습니다.

수직 GaN 기술의 주요 IP 전장은 미국에 있습니다.

미국은 일본보다 수직형 GaN 전력 장치에 대해 가장 많은 특허를 부여받은 국가입니다. 실제로 이 분야에서 확고한 IP 플레이어 대부분은 본사 국가 외에 미국 영토에 IP 전략을 집중하는 일본 플레이어입니다(그림 4). 그러나 현재 IP 추세에 따르면 중국은 곧 수직형 GaN 특허 측면에서 가장 혼잡한 공간이 될 수 있습니다.

그림 4: 전 세계적으로 경쟁하는 주요 기업의 IP 전략.

2023년 현재 일본 플레이어는 IP 리더십을 다른 국가(중국, 한국, 대만, 독일)로 확장하는 것을 목표로 하지 않습니다. 일본 플레이어를 제외하고 주요 IP 플레이어는 일본에서 자신의 발명품을 보호하는 데 관심이 없습니다. 대신 넥스젠은 중국 내 IP 입지 강화를 목표로 하고 있다. 당연히 대부분의 중국 기업은 IP 활동을 자국 영토에 집중하고 다른 국가에서는 중요한 IP 활동을 보여주지 않습니다. 마찬가지로 보쉬는 지금까지 IP 활동을 유럽으로 거의 제한하여 미국 특허 XNUMX개, 중국 특허 XNUMX개만 출원했습니다. 그럼에도 불구하고 최근 Bosch가 여러 PCT(특허협력조약) 출원을 제출했으며, 이로 인해 이들 국가에서 더 많은 특허 출원이 발생할 수 있습니다. 수직형 GaN 기술의 성숙도가 높아지고 새로운 응용 분야가 발견됨에 따라 IP 플레이어가 수직형 장치를 사용하여 전력 GaN 시장에 진입하여 특허 활동의 지리적 범위를 확장할 것으로 기대합니다. 즉, 주요 전력 전자 시장에서 주요 발명품을 보호할 수 있습니다. .

20년 간의 혁신 끝에 수직형 GaN 기술을 위한 IP 경쟁이 이제 막 시작되었습니다.

1000년대 이후 수직 GaN 기술 개발을 다루기 위해 2000개 이상의 특허군(발명)이 제출되었지만 IP 경쟁은 지금까지 현저히 온건했습니다. 이러한 상황은 수직 GaN 장치 기술에 대한 투자가 상대적으로 제한되어 있음을 반영합니다. 비교를 위해 지금까지 전력 SiC 장치에 대해 6000개 이상의 발명이 공개되었으며, 이는 전력 애플리케이션에서 수직형 GaN과 직접적인 경쟁이 될 기술입니다. 그러나 두 기술 모두 재료 및 장치 처리 측면에서 유사한 기술적 문제를 공유했기 때문에 고전력 및 고온 애플리케이션에 필요한 성숙도에 도달하는 것이 특히 어려웠습니다.

그러나 기존 자동차 회사를 포함한 몇몇 기업은 여전히 ​​수직형 GaN 기술에 투자하고 있습니다. 실제로 몇몇 기존 IP 플레이어(Fuji Electric, NexGen, Toyota Motor)와 상대적으로 새로운 IP 플레이어(Denso, Bosch)가 특허 출원을 가속화하고 있습니다. 따라서 수직형 GaN 특허 환경은 향후 XNUMX년 동안 점점 더 경쟁이 치열해질 것으로 예상됩니다. 중요한 것은 이 기술이 입증됨에 따라 현장에서 잘 알려진 여러 IP 플레이어가 수직형 GaN 전력 장치(ROHM, 서울 반도체, 스미토모 전기)의 산업화 및 상용화를 준비하기 위해 IP 활동을 재개할 수 있다는 것입니다.

관련 항목 참조 :

지난 2년간 RF GaN 특허 출원의 전환점

전력 GaN 장치 IP 역학은 향후 시장 확대를 예고합니다.

태그 : GaN 전원 장치

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• 출처: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/dec/knowmade-111223.shtml