Status Of The IP Competition For Vertical GaN Power Devices

Publisert av Platon

Følgere: 0

11 desember 2023

Galliumnitrid (GaN) kraftenheter har blitt tatt i bruk i flere kraftapplikasjoner, og starter med laterale GaN-enheter. Etter utgivelsen av sin nye GaN elektronikk IP-rapport, diskuterer teknologiintelligens og IP-strategikonsulentselskapet KnowMade statusen til vertikal GaN-enhetsteknologi i kraft-Gan-patentlandskapet. Med potensialet til å overvinne begrensninger for sammenbruddsspenning og strømkapasitet for laterale enheter, og samtidig lindre noen termiske problemer, blir vertikal GaN sett på som en lovende teknologi for neste generasjon kraftenheter.

Kina overtar ledelsen fra Japan i vertikal GaN-oppfinnsom aktivitet

I følge patenteringsaktiviteter (figur 1), tok utviklingen av intellektuell eiendom (IP) av vertikale GaN-kraftenheter fart på midten av 2000-tallet, ledet av japanske selskaper (Sumitomo Electric, ROHM, Toyota Motor). Likevel forble antallet oppfinnelser per år relativt lavt frem til 2012. I 2013 økte den oppfinnsomme aktiviteten kraftig, drevet av Sumitomo Electric, Toyoda Gosei, Seoul Semiconductor og Avogy (hvis kraft GaN-patenter ble overført til NexGen Power Systems i 2017). Siden 2015 har IP-aktivitetene for vertikale GaN-strømenheter nådd et platå, med nye ledende innovatører som Fuji Electric, Denso, Panasonic og Bosch. Spesielt ser det ut til at kinesiske spillere – ledet av forskningsorganisasjonene Xidian University og UESTC – har tatt ledelsen i oppfinnsom aktivitet, og har overgått japanske spillere år etter år siden 2020.

Figur 1: Tidsutvikling av patentpublikasjoner relatert til vertikale GaN-kraftenheter siden 2001.

Figur 1: Tidsutvikling av patentpublikasjoner relatert til vertikale GaN-kraftenheter siden 2001.

De fleste IP-nykommere i vertikal GaN kommer fra Kina

De viktigste IP-nykommerne som har kommet inn i patentlandskapet siden 2019 er kinesiske forskningsorganisasjoner, som Shandong University og Xi'an Jiaotong University, og kinesiske selskaper. En av dem er oppstarten GLC Semiconductor, grunnlagt i 2018, som fokuserer på utvikling og produksjon av GaN epiwafere, og tilbyr GaN-brikkedesign, produksjon, pakking og testtjenester. Firmaet avslørte flere oppfinnelser i 2020 relatert til vertikale GaN FET-strukturer, med styreleder Yeh Shun-Min som oppfinneren. Interessant nok, i motsetning til de fleste kinesiske aktører som søker beskyttelse av sine oppfinnelser kun i Kina, har GLC innlevert flere patentsøknader i USA (US11411099, US10854734) og Taiwan, i tillegg til Kina.

Utenfor Kina gikk noen bemerkelsesverdige aktører inn i dette IP-området, som imec i 2020, etter et samarbeid med Ghent University, med mål om å utvikle semi-vertikale og vertikale GaN-kraftenheter (US20220406926, EP3627559). Samtidig har imec utviklet en tilnærming for å samintegrere vertikale GaN kraftdioder og transistorer (US11380789). Interessant nok har andre store europeiske forskningsorganisasjoner gjenopptatt sine IP-aktiviteter på dette feltet siden 2019, inkludert CEA. Den franske forskningsorganisasjonen har samarbeidet med CNRS for utvikling av nye vertikale GaN-kraftenheter (US20230136949) og publiserte ytterligere to oppfinnelser i 2022 som beskriver vertikale GaN FET-er (US20220310790) og dioder (US20220037538). I USA gikk Odyssey Semiconductor, en oppstart grunnlagt i 2019 av Cornell University-forskerne Rick Brown og James Shealy, inn i patentlandskapet for vertikale GaN-enheter i 2022, med en første patentfamilie (oppfinnelse) som beskriver en vertikal GaN FET (US11652165, US11251295).

Veletablerte japanske IP-spillere utfordret av NexGen og Bosch

Etter Avogys konkurs i 2017, grunnla administrerende direktør Dinesh Ramanathan et oppstartsselskap NexGen Power Systems, som kjøpte Avogys kraft GaN-patenter. I 2021 startet NexGen sin egen patenteringsaktivitet på dette feltet. Siden den gang har den publisert mer enn 10 oppfinnelser, inkludert flere patentsøknader relatert til vertikale GaN FinFET-er (f. US20230260996 og US20230246027). Slike vertikale enheter har også blitt utviklet av Bosch siden 2012, som indikert av en første patentpublikasjon i 2014 (US9525056). Likevel var Bosch ikke aktiv på dette feltet før i 2019, og i 2021 akselererte selskapet sin IP-strategi for vertikal kraft GaN-teknologi med mer enn 15 nye patentfamilier (oppfinnelser) inkludert patentsøknader US20220310836 og US20220285542.

Figur 2: Hovedaktørene som driver den oppfinnsomme aktiviteten knyttet til vertikale GaN-kraftenheter siden 2000.

Figur 2: Hovedaktørene som driver den oppfinnsomme aktiviteten knyttet til vertikale GaN-kraftenheter siden 2000.

Så langt har ikke Japans viktigste innovatører blitt utfordret av kinesiske selskaper, men av kinesiske forskningsorganisasjoner, spesielt Xidian University og UESTC (Figur 2). Disse kinesiske universitetene fokuserer på Kina for å beskytte sine oppfinnelser, og det gjenstår å se hvordan de vil utnytte patentporteføljene sine for å støtte utviklingen av en innenlandsk vertikal GaN-teknologi. For eksempel, i den raskt utviklende kraft SiC-industrien, har vi sett slike organisasjoner som driver frem fremveksten av nye innenlandske aktører gjennom partnerskap og patentoverføringer. For GaN elektronikk har KnowMade implementert flere overvåkingsverktøy for å oppdage inntreden av nye spillere i patentlandskap og i vitenskapelig landskap.

Selv om japanske aktører eier de største patentporteføljene for vertikale GaN-kraftenheter når det gjelder oppfinnelser (Figur 2), er deres innvirkning på IP-konkurransen svært kontrasterende (Figur 3). For eksempel ser det ut til at Sumitomo Electric, som har vært den viktigste innovatøren på dette området, ikke lenger konkurrerer om vertikale GaN-kraftenheter: Selskapet forlot 70 % av patentene sine som beskytter sine vertikale GaN-oppfinnelser. Innen Toyota Group har flere selskaper som Toyoda Gosei, Toyota Motor og Denso aktivt innlevert vertikale GaN-patenter. Som et resultat skiller Toyota-gruppen seg ut som en ubestridt IP-leder på dette området. Imidlertid har disse selskapene fulgt ganske forskjellige baner i det vertikale GaN-kraftenhetens IP-landskap gjennom årene (figur 3).

Figur 3: Den globale IP-konkurransen for vertikale GaN-kraftenheter.

Figur 3: Den globale IP-konkurransen for vertikale GaN-kraftenheter.

Toyota Motor begynte å inngi patenter på 2000-tallet, og er en av de viktigste historiske aktørene i dette landskapet, sammen med Sumitomo Electric og Fuji Electric. Likevel forble dens IP-ledelse begrenset inntil Toyota innledet et partnerskap i 2018 med Denso, en ny aktør på dette området, for å akselerere utviklingen av kraft GaN-teknologi, noe som førte til mer enn 20 patenter. Siden den gang har eierskapet til flere vertikale GaN-patentinnleveringer blitt overført til Denso, noe som bekrefter at Denso tok ledelsen i dette samarbeidet. I motsetning til dette begynte Toyoda Gosei aktivt å publisere vertikale GaN-patentsøknader mye senere enn Toyota Motor, i 2014, og beskrev utviklingen av vertikal GaN MISFET. Toyoda Gosei stoppet sine IP-aktiviteter i 2021, etter å ha posisjonert seg som den best etablerte IP-aktøren på dette området, og eide det høyeste antallet tildelte patenter for vertikale GaN-kraftenheter. I det siste, Toyoda Gosei annonsert et vellykket samarbeid med Osaka University for å utvikle 6-tommers GaN-substrater rettet mot strømenheter.

Etter Toyota Groups ledelse dukket Fuji Electric og NexGen opp som de viktigste IP-lederne for vertikale GaN-kraftenheter, med Bosch som den viktigste IP-utfordreren. Som vist i figur 3, tetter Xidian University gapet med andre ledende IP-aktører, selv om IP-aktiviteten har vært begrenset til Kina så langt.

Hoved IP-slagmarken for vertikal GaN-teknologi ligger i USA

USA står for det største antallet innvilgede patenter for vertikale GaN-kraftenheter, foran Japan. Faktisk er de fleste av de veletablerte IP-aktørene i dette området japanske spillere som har fokusert IP-strategien sin på amerikansk territorium, i tillegg til hovedkvarterets land (Figur 4). Likevel, i henhold til den nåværende IP-trenden, kan Kina snart bli det mest overfylte området når det gjelder vertikale GaN-patenter.

Figur 4: IP-strategier til hovedaktørene som konkurrerer over hele verden.

Figur 4: IP-strategier til hovedaktørene som konkurrerer over hele verden.

Fra og med 2023 har ikke japanske spillere som mål å utvide IP-ledelsen til andre land (Kina, Sør-Korea, Taiwan, Tyskland). Bortsett fra japanske spillere, er de viktigste IP-aktørene ikke interessert i å beskytte sine oppfinnelser i Japan. I stedet tar NexGen sikte på å styrke sin IP-posisjon i Kina. Ikke overraskende fokuserer de fleste kinesiske spillere sine IP-aktiviteter på sitt nasjonale territorium og har ikke vist noen betydelige IP-aktiviteter i de andre landene. På samme måte har Bosch nesten begrenset sine IP-aktiviteter til Europa så langt, og innlevert kun tre amerikanske patenter og to kinesiske patenter. Det har likevel blitt innlevert flere PCT-søknader (Patent Cooperation Treaty) i det siste av Bosch, noe som kan føre til flere patentsøknader i disse landene. Ettersom vertikal GaN-teknologi øker i modenhet og finner nye applikasjoner, forventer vi at IP-aktører med sikte på å gå inn i kraft-Gan-markedet med vertikale enheter utvider den geografiske dekningen av deres patenteringsaktiviteter, dvs. for å beskytte deres nøkkeloppfinnelser i de viktigste kraftelektronikkmarkedene .

Etter 20 år med innovasjon har IP-konkurransen for vertikal GaN-teknologi nettopp startet

Selv om mer enn 1000 patentfamilier (oppfinnelser) har blitt innlevert for å dekke utviklingen av vertikal GaN-teknologi siden 2000-tallet, har IP-konkurransen vært bemerkelsesverdig moderat så langt. Denne situasjonen gjenspeiler en relativt begrenset investering i vertikal GaN-enhetsteknologi. Til sammenligning har mer enn 6000 oppfinnelser blitt avslørt for kraft SiC-enheter så langt, en teknologi som vil være i direkte konkurranse med vertikal GaN i kraftapplikasjoner. Likevel har begge teknologiene delt lignende tekniske problemer når det gjelder material- og enhetsbehandling, noe som har gjort det spesielt utfordrende for dem å nå den modenheten som kreves i applikasjoner med høy effekt og høy temperatur.

Flere aktører, inkludert etablerte bilselskaper, investerer imidlertid fortsatt i vertikal GaN-teknologi. Faktisk er det flere etablerte IP-aktører (Fuji Electric, NexGen, Toyota Motor) og relativt nye IP-spillere (Denso, Bosch) som akselererer sine patentsøknader. Følgelig forventes det vertikale GaN-patentlandskapet å bli stadig mer konkurransedyktig i løpet av det neste tiåret. Viktigere, ettersom denne teknologien beviser seg selv, kan flere veletablerte IP-aktører på feltet gjenoppta sine IP-aktiviteter for å forberede seg på industrialisering og kommersialisering av vertikale GaN-kraftenheter (ROHM, Seoul Semiconductor, Sumitomo Electric).

Se relaterte varer:

Vendepunkt i RF GaN-patentering de siste 2 årene

Power GaN-enhets IP-dynamikk varsler fremtidig opptrapping av markedet

Tags: GaN-strømenheter

Besøk: www.knowmade.com