Nieuws: Microelectronics
11 december 2023
Galliumnitride (GaN)-energieapparaten zijn met succes toegepast in verschillende energietoepassingen, te beginnen met laterale GaN-apparaten. Na de release van zijn nieuwe GaN-elektronica-IP-rapport bespreekt technologie-intelligentie en IP-strategieadviesbureau KnowMade de status van verticale GaN-apparaattechnologie in het Power GaN-patentlandschap. Met het potentieel om doorslagspannings- en stroomcapaciteitsbeperkingen van laterale apparaten te overwinnen en tegelijkertijd enkele thermische problemen te verlichten, wordt verticale GaN gezien als een veelbelovende technologie voor de volgende generatie stroomapparaten.
China neemt het leiderschap over van Japan op het gebied van verticale GaN-inventieve activiteiten
Volgens patentactiviteiten (Figuur 1) kwam de ontwikkeling van intellectuele eigendom (IP) van verticale GaN-stroomapparaten halverwege de jaren 2000 op gang, onder leiding van Japanse bedrijven (Sumitomo Electric, ROHM, Toyota Motor). Toch bleef het aantal uitvindingen per jaar tot 2012 relatief laag. In 2013 nam de uitvindersactiviteit sterk toe, aangedreven door Sumitomo Electric, Toyoda Gosei, Seoul Semiconductor en Avogy (wiens GaN-patenten op het gebied van energie in 2017 werden overgedragen aan NexGen Power Systems). Sinds 2015 hebben de IP-activiteiten voor verticale GaN-stroomapparatuur een plateau bereikt, met nieuwe toonaangevende innovators zoals Fuji Electric, Denso, Panasonic en Bosch. Met name Chinese spelers – onder leiding van onderzoeksorganisaties Xidian University en UESTC – lijken het voortouw te hebben genomen op het gebied van inventieve activiteiten, waarbij ze sinds 2020 jaar na jaar beter presteren dan Japanse spelers.
Figuur 1: Tijdsevolutie van patentpublicaties met betrekking tot verticale GaN-stroomapparaten sinds 2001.
De meeste IP-nieuwkomers in verticale GaN komen uit China
De belangrijkste nieuwkomers op het gebied van intellectuele eigendom die sinds 2019 het octrooilandschap hebben betreden, zijn Chinese onderzoeksorganisaties, zoals Shandong University en Xi'an Jiaotong University, en Chinese bedrijven. Eén daarvan is de start-up GLC Semiconductor, opgericht in 2018, die zich richt op de ontwikkeling en productie van GaN-epiwafers en GaN-chipontwerp-, productie-, verpakkings- en testdiensten levert. Het bedrijf maakte in 2020 verschillende uitvindingen bekend die verband hielden met verticale GaN FET-structuren, met voorzitter Yeh Shun-Min als uitvinder. Interessant is dat GLC, in tegenstelling tot de meeste Chinese spelers die alleen in China bescherming van hun uitvindingen zoeken, met succes verschillende patentaanvragen heeft ingediend in de VS (US11411099, US10854734) en Taiwan, naast China.
Buiten China betreden enkele opmerkelijke spelers deze IP-ruimte, zoals imec in 2020, na een samenwerking met de Universiteit Gent, met als doel semi-verticale en verticale GaN-stroomapparaten te ontwikkelen (US20220406926, EP3627559). Tegelijkertijd heeft imec een aanpak ontwikkeld om verticale GaN-vermogensdiodes en -transistors te co-integreren (US11380789). Interessant is dat andere grote Europese onderzoeksorganisaties sinds 2019 hun IE-activiteiten op dit gebied hebben hervat, waaronder CEA. De Franse onderzoeksorganisatie werkt samen met CNRS voor de ontwikkeling van nieuwe verticale GaN-stroomapparaten (US20230136949) en publiceerde in 2022 twee extra uitvindingen die verticale GaN FET's beschrijven (US20220310790) en diodes (US20220037538). In de VS betrad Odyssey Semiconductor, een startup die in 2019 werd opgericht door Cornell University-onderzoekers Rick Brown en James Shealy, in 2022 het patentlandschap van verticale GaN-apparaten, met een eerste patentfamilie (uitvinding) die een verticale GaN FET beschrijft (US11652165, US11251295).
Gerenommeerde Japanse IP-spelers worden uitgedaagd door NexGen en Bosch
Na het faillissement van Avogy in 2017 richtte CEO Dinesh Ramanathan de startende onderneming NexGen Power Systems op, die de Power GaN-patenten van Avogy verwierf. In 2021 startte NexGen zijn eigen patenteeractiviteit op dit gebied. Sindsdien heeft het meer dan tien uitvindingen gepubliceerd, waaronder verschillende patentaanvragen met betrekking tot verticale GaN FinFET’s (bijv. US20230260996 en US20230246027). Dergelijke verticale apparaten worden sinds 2012 ook door Bosch ontwikkeld, zoals blijkt uit een eerste patentpublicatie uit 2014 (US9525056). Toch was Bosch pas in 2019 actief op dit gebied, en in 2021 versnelde het bedrijf zijn IP-strategie voor verticale energie-GaN-technologie met meer dan 15 nieuwe patentfamilies (uitvindingen), waaronder patentaanvragen. US20220310836 en US20220285542.
Figuur 2: De belangrijkste spelers die sinds 2000 de inventieve activiteit op het gebied van verticale GaN-stroomapparaten aansturen.
Tot nu toe zijn de belangrijkste vernieuwers van Japan niet uitgedaagd door Chinese bedrijven, maar door Chinese onderzoeksorganisaties, met name Xidian University en UESTC (Figuur 2). Deze Chinese universiteiten richten zich op China om hun uitvindingen te beschermen, en het valt nog te bezien hoe zij hun patentportfolio's zullen inzetten om de ontwikkeling van een binnenlandse verticale GaN-technologie te ondersteunen. In de zich snel ontwikkelende SiC-industrie hebben we bijvoorbeeld gezien dat dergelijke organisaties de opkomst van nieuwe binnenlandse spelers aanjagen door middel van partnerschappen en patentoverdrachten. Voor GaN-elektronica heeft KnowMade verschillende monitoringtools geïmplementeerd om de toegang van nieuwe spelers tot de markt te detecteren patent landschap en in de wetenschappelijk landschap.
Hoewel Japanse spelers de grootste patentportfolio's bezitten voor verticale GaN-stroomapparaten in termen van uitvindingen (Figuur 2), is hun impact op de IP-concurrentie zeer contrastrijk (Figuur 3). Sumitomo Electric, de belangrijkste vernieuwer op dit gebied, lijkt bijvoorbeeld niet langer te concurreren om verticale GaN-stroomapparaten: het bedrijf heeft 70% van zijn patenten ter bescherming van zijn verticale GaN-uitvindingen opgegeven. Binnen de Toyota Group hebben verschillende bedrijven, zoals Toyoda Gosei, Toyota Motor en Denso, actief verticale GaN-patenten aangevraagd. Als gevolg hiervan onderscheidt de Toyota-groep zich als een onbetwiste IP-leider op dit gebied. Deze bedrijven hebben in de loop der jaren echter heel verschillende trajecten gevolgd in het verticale IP-landschap van GaN-energieapparaten (Figuur 3).
Figuur 3: De wereldwijde IP-concurrentie voor verticale GaN-stroomapparaten.
Toyota Motor begon in de jaren 2000 met het indienen van patenten en is samen met Sumitomo Electric en Fuji Electric een van de belangrijkste historische spelers in dit landschap. Toch bleef het leiderschap op het gebied van intellectuele eigendom beperkt totdat Toyota in 2018 een partnerschap aanging met Denso, een nieuwe speler op dit gebied, om de ontwikkeling van de Power GaN-technologie te versnellen, wat leidde tot meer dan twintig gezamenlijke patentaanvragen. Sindsdien is het eigendom van verschillende verticale GaN-octrooiaanvragen overgedragen aan Denso, wat bevestigt dat Denso de leiding heeft genomen in deze samenwerking. Toyoda Gosei daarentegen begon veel later dan Toyota Motor, in 20, met het actief publiceren van verticale GaN-patentaanvragen, waarin de ontwikkeling van verticale GaN MISFET werd beschreven. Toyoda Gosei stopte zijn IP-activiteiten in 2014, nadat hij zichzelf had gepositioneerd als de best gevestigde IP-speler op dit gebied, met het hoogste aantal verleende patenten voor verticale GaN-stroomapparaten. De laatste tijd Toyoda Gosei aangekondigd een succesvolle samenwerking met de Universiteit van Osaka om GaN-substraten met een diameter van 6 inch te ontwikkelen die gericht zijn op stroomapparaten.
In navolging van de Toyota Group kwamen Fuji Electric en NexGen naar voren als de belangrijkste IP-leiders voor verticale GaN-stroomapparatuur, met Bosch als de belangrijkste IP-uitdager. Zoals blijkt uit figuur 3, dicht Xidian University de kloof met andere toonaangevende IE-spelers, hoewel haar IE-activiteiten tot nu toe beperkt zijn gebleven tot China.
Het belangrijkste IP-slagveld voor verticale GaN-technologie ligt in de VS
De VS zijn verantwoordelijk voor het grootste aantal toegekende patenten voor verticale GaN-stroomapparaten, vóór Japan. De meeste gevestigde IE-spelers op dit gebied zijn Japanse spelers die hun IE-strategie hebben gericht op Amerikaans grondgebied, naast het land waar hun hoofdkantoor gevestigd is (Figuur 4). Toch zou China, volgens de huidige IP-trend, binnenkort het drukste gebied kunnen worden in termen van verticale GaN-patenten.
Figuur 4: IE-strategieën van de belangrijkste spelers wereldwijd.
Vanaf 2023 streven Japanse spelers er niet naar om hun leiderschap op het gebied van intellectuele eigendom uit te breiden naar andere landen (China, Zuid-Korea, Taiwan, Duitsland). Afgezien van de Japanse spelers zijn de belangrijkste IE-spelers niet geïnteresseerd in de bescherming van hun uitvindingen in Japan. In plaats daarvan streeft NexGen ernaar zijn IP-positie in China te versterken. Het is niet verrassend dat de meeste Chinese spelers hun IE-activiteiten op hun nationale grondgebied concentreren en geen significante IE-activiteiten in de andere landen hebben getoond. Op dezelfde manier heeft Bosch zijn IE-activiteiten tot nu toe vrijwel beperkt tot Europa, waarbij slechts drie Amerikaanse en twee Chinese patenten zijn aangevraagd. Toch zijn er de laatste tijd verschillende PCT-aanvragen (Patent Cooperation Treaty) ingediend door Bosch, wat zou kunnen resulteren in meer patentaanvragen in deze landen. Naarmate de verticale GaN-technologie steeds volwassener wordt en nieuwe toepassingen vindt, verwachten we dat IP-spelers met het oog op het betreden van de energie-GaN-markt met verticale apparaten de geografische dekking van hun patentactiviteiten zullen uitbreiden, dat wil zeggen om hun belangrijkste uitvindingen op de belangrijkste markten voor vermogenselektronica te beschermen. .
Na twintig jaar innovatie is de IP-competitie voor verticale GaN-technologie net begonnen
Hoewel er sinds de jaren 1000 meer dan duizend patentfamilies (uitvindingen) zijn ingediend voor de ontwikkeling van verticale GaN-technologie, is de concurrentie op het gebied van intellectuele eigendom tot nu toe opmerkelijk gematigd geweest. Deze situatie weerspiegelt een relatief beperkte investering in verticale GaN-apparaattechnologie. Ter vergelijking: tot nu toe zijn er meer dan 2000 uitvindingen onthuld voor krachtige SiC-apparaten, een technologie die in directe concurrentie zou staan met verticale GaN in energietoepassingen. Toch hebben beide technologieën vergelijkbare technische problemen met zich meegebracht op het gebied van materiaal- en apparaatverwerking, waardoor het voor hen bijzonder uitdagend is geworden om de volwassenheid te bereiken die vereist is in toepassingen met hoog vermogen en hoge temperaturen.
Verschillende spelers, waaronder gevestigde autobedrijven, investeren echter nog steeds in verticale GaN-technologie. Verschillende gevestigde IE-spelers (Fuji Electric, NexGen, Toyota Motor) en relatief nieuwe IE-spelers (Denso, Bosch) versnellen hun patentaanvragen. Dienovereenkomstig wordt verwacht dat het verticale GaN-octrooilandschap de komende tien jaar steeds competitiever zal worden. Belangrijk is dat, naarmate deze technologie zichzelf bewijst, verschillende gevestigde IP-spelers in het veld hun IP-activiteiten zouden kunnen hervatten ter voorbereiding op de industrialisatie en commercialisering van de verticale GaN-stroomapparaten (ROHM, Seoul Semiconductor, Sumitomo Electric).
Keerpunt in de patentering van RF GaN in de afgelopen twee jaar
De IP-dynamiek van Power GaN-apparaten luidt de toekomstige groei van de markt in
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/dec/knowmade-111223.shtml
