摘要：微系统作为航空航天、通信信息技术、生物医学、汽车电子等战略新兴产业基础性关键技术之一，技术创新能力对推动产业发展具有重要意义。当前，微系统技术正处于平稳快速发展时期。本文通过专利技术的整体发展形势、技术集中度、专利权利人类别、目标市场国家/地区这4个方面的系统统计分析，从专利申请流向、技术原创国/地区、专利权人依赖关系这3个维度进行创新态势的体系化深入研究，并与中国微系统技术发展相比较。最后从加强专利海外布局、常态化专利预警、组建专利联盟、专利与标准结合这4个方面对中国微系统技术发展提出建议。

关键词：微系统，发展态势，发明能力，对策研究

引言

微系统技术是“延续摩尔定律”（More Moore）、“拓展摩尔定律”（More than Moore）和超越（Beyond Comas）三大技术方向的组合体，将元器件、新材料、系统模块和软件算法等多方面技术融为一体发展，软、硬件结构包括信息感知、信号调理与处理、数据储存、智能嵌入、能量发生与储存等若干方面^[1]。微系统技术是在航天航空、通信信息、生物医学、汽车电子等战略新兴产业领域应用最广泛的基础性关键技术之一。因此，微系统技术创新态势直接反映上述领域的发展水平和发展潜力，具有重要研究意义。专利是目前常用的技术创新的重要评价指标，本文以微系统技术的全球及中国专利文献数据为分析样本，对微系统技术创新发展态势进行多角度分析、多层次研究，并提出发展策略建议。

顾小军提出微系统技术进步可以极大促进航天技术的发展，航天事业的进步以微系统技术进步为基础^[2]。Zolper探讨微系统技术的生命周期、技术特征，以及技术组成，并从技术特质角度研究对高端制造产业的关键影响^[3]。Radack提出微系统技术在航天、航空领域具有非常大的应用潜力，掌握微系统技术优势将会在两个领域取得绝对话语权，重点发展微系统光电技术路线图和微系统关键技术^[4]。Bloecher等研究表明微系统技术发展对信息产业的推动作用，最明显的表现在于器件体积大幅度减小，产出效率大幅提高以及性能显著提升^[5]。张绍芳等提出全球微系统产业发展保持较大活力，市场空间和产业规模持续扩大，同时具有明显的技术创新发展趋势，特别是部分主要国家的主要企业引领全球技术发展，新技术、新产品、新应用不断涌现^[6]。马福民等详细论述全球微系统技术的整体发展现状，主要聚焦在细分技术的创新特征，指出创新之处主要包括新型半导体材料的运用和多功能芯片一体化、智能传感、异质集成、堆叠式系统级封装等技术水平的提升^[7]。目前，还没有从文献数据和专利数据视角对整个微系统领域的创新能力进行国际比较分析。

本文试图从微系统专利技术的4个方面，即整体发展形势、技术集中度、专利权利人类别、目标市场国家/地区进行统计分析，宏观反映微系统技术创新的发展态势、集散程度，以及重点创新主体和区域；从3个维度，即专利申请流向、技术原创国家/地区、专利权人依赖关系进行区域创新能力研究，深入了解不同国家/地区的技术创新能力、技术布局能力以及技术竞争力，以期发现微系统技术领域的技术特点和发展景观并为中国微系统发展提供参考性建议。

1 专利统计分析

1.1 数据来源

本文涉及的国外数据来自法国科思特尔（QUESTEL）公司开发的Orbit专利信息检索和分析数据库，Orbit专利数值覆盖美、英、法、德、日等90多个国家/地区，国内数据来自中国知识产权局专利数据库。截至2018年12月31日，经检索、筛选共获取微系统技术的全球有关专利数228762项，在华相关专利11015件。部分检索式如下：S1（（微电子OR微机电OR微机械OR微系统OR微技术OR微电路OR MEM OR MEMS）/TI/AB/IW/TX）OR（（MICROSYSTEM？OR MICRO SYSTEM？OR MICRO-INFORMATION SYSTEM？OR MST OR MINIATURE SYSTEM？OR MICRO-MACHIN+OR MICROMACHIN+OR INTELLIGENT MINIATURIZED SYSTEM？OR MICROELECTRONIC+SYSTEM？OR MICRO ELECTRONIC+SYSTEM？OR MICROCHIP？OR INTEGRATION MICROSYSTEM？OR INTEGRATION MICRO SYSTEM？OR MEM OR MEMS OR MICRO-ELECTRO+MECHANIC+SYSTEM？OR MICRO-MACHIN+OR MICRO ELECTRO+MECHANIC+SYSTEM？OR MICRO ELECTRO-ME-CHEMICAL SYSTEM？）/TI/AB/IW/TX）。

1.2 专利技术发展趋势分析

20世纪80年代至今，随着大规模集成电路的迅速发展，微系统相关技术的全球专利申请量总体呈现增长态势。21世纪以来，针对微系统技术相关研究扩展迅速，其发展趋势大体分4个时段，如图1所示。

图1 微系统全球专利技术发展趋势

（1）起步期：1998年以前全球专利申请数量处于较低水平，但整体趋势稳定上升，中国态势趋同。研究领域多为基础研究和有关微机电系统（MEMS）的散状研究^[8]。

（2）快速发展期：1999—2002年，全球范围内的快速发展主要是由于美国、日本、欧洲等各国政府的重视。随着科研投入的增加，微系统技术进入成长的发展快车道，主要表现在全球专利数量的爆发式增长，即5年增长了4倍。同时，包括电容感应移动质量集成惯性传感器、用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪在内的信息技术在主要发达国家得到快速发展，产生了采用全数字化的光处理器、可调光微镜、射频有源、无源集成电路等^[9]。相比之下，从2000年开始，中国微系统技术发展略快于与全球发展水平，如图2所示。专利申请量逐年上升，进入了快速发展阶段，部分高新技术企业和研发机构开始调整方向，转向微系统技术研究，研发参与程度不断加强，使该阶段在华专利年申请量翻了3.5倍，但是该阶段授权率出现下滑，专利质量有所下降，一定程度上反映出国内申请人的很多专利申请可能存在技术创新性不足。

图2 微系统中国专利技术发展趋势

（3）发展趋稳期：2003—2008年，全球专利申请增长在较高水平的基础上呈现出趋向平稳，基于市场规律的引导作用，企业与政府对微系统技术的投入变得相对理性、平稳，也给之前快速增长的专利成果转化应用提供了宽松的时间空间，由于前期技术成果需工程化应用，因此该阶段全球专利年申请量虽维持较高水平，但已转呈稳定增长趋势，年均专利申请量在1500项以上^[10]。相比之下，2004—2008年，中国专利申请量增速虽然较为平缓，但是维持稳步增长，主要原因在于半导体市场不景气，半导体装备制造商的盈利有所下滑，从而导致研发资金缩减，不过该阶段授权率小幅增长，表明微系统技术创新能力未减^[11]。

（4）飞速发展阶段：从2009年至今，全球微系统技术再次迎来飞速发展，受国际金融危机的影响，2009年当年全球专利申请数量出现短暂下降，2010年以后，由于物联网和智能穿戴的兴起，半导体微型化需求增加，随着各企业及科研机构研发资金的大量投入，致使技术成果大量产生，从而专利申请数量剧增^[12]。相比之下，2008年以后中国先后发布《国家知识产权战略纲要》《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策》等政策，加速了微系统技术创新的步伐，对专利数量的增长也产生了积极推动作用，专利申请数量再次呈现爆发式增长，但是该阶段存在着授权率降低、专利质量差的问题，说明目前中国的专利申请多数属于改进型专利，技术含量有待提高^[13]。

1.3 技术集中度分析

从整体发展趋势看，全球及在华专利申请技术集中度主要表现为3个发展阶段，如图3和图4所示。

图3 全球微系统技术集中度趋势

图4 中国微系统技术集中度趋势

（1）1999—2004年：全球4类专利权人所有专利数量占比相对稳定，在华申请专利技术的集中度则快速提高，说明具有较强技术实力的专利权人迅速将竞争对手排除在外，加速全球尤其是重点区域的专利布局。

（2）2004—2010年：全球范围内专利权人专利占比持续下降，专利技术集中度也呈下滑趋势，原因在于经过一定时间的积累，技术成果大量产生，技术集中度稳定发展。相比之下，微系统技术在华申请专利的技术集中度逐步增加，意味着技术发展逐步达到一定的成熟度。

（3）2010—2018年：全球范围内的前10位、15位、20位、30位专利权人所拥有的专利数量占比又重新呈稳定发展状态。相比之下，2010年以后，在华申请专利前10名专利权人技术集中程度持续上涨，而前15名、前20名和前30名专利权人的专利数量占比却呈现明显下降趋势，说明微系统领域的技术竞争非常激烈，技术成果仅归极少部分专利权人所有。

1.4 主要专利权人分析

从微系统技术全球专利的前15位申请人排名看，罗伯特博世公司独占鳌头，专利申请数高达450项，在行业内处于绝对领先地位，前15位中，美国企业占据7个席位，欧洲企业4家，可见欧美企业技术实力突出，且非常重视专利布局，日本、韩国的企业也具有一定竞争优势，如图5所示。

图5 微系统全球专利前15位申请人

在华专利申请人重点是高校。专利申请量前3位的是清华大学、歌尔声学和浙江大学，歌尔声学是唯一一家入围前20名的中国籍企业。中国专利的前20名，中国大陆以外的企业有7家，均为世界知名企业，分别为德国的罗伯特博世公司，美国的INTEL、高通公司、IBM，荷兰的飞利浦电子公司，韩国的三星电子，日本的SONY公司以及中国台湾的台积电公司，如图6所示。由图6可见，欧美企业的技术优势明显，日、韩、中国台湾在中国大陆也占有一席之地。

图6 中国专利前20位申请人

1.5 目标市场国家/地区分析

本文专利公开地域有世界知识产权组织（WIPO）和欧洲专利局（EPO）。各地域美好的市场前景以及各专利权人对其的重视程度如图7所示。

图7 微系统技术全球专利的目标国家/地区分布

美国是微系统技术最大的目标市场国。其专利申请量居全球第一，占比22%，中国市场（含台湾）总占比跟美国非常接近，同样占据全球专利布局的核心位置。其次是日本市场，占比13%。美、中、日三国共同占据该技术市场的一大半，意味着这三国是专利布局重镇之地。此外，WIPO受理公开的专利占10%，说明该技术在国际上有很大发展空间。在欧洲、韩国、德国，该技术也拓展了较为广阔的市场，共同占比1/5以上，说明欧洲、韩国、德国也均为重要的专利技术竞争国家/地区，值得相关企业进行专利布局。

2 技术创新能力分析

2.1 专利申请流向分析

专利申请数量前3位分别是美国13029项、中国大陆11015项、日本7794项。其中，美国本土申请数量占美国总量的72%，中国本土专利数量占比为68%，日本和韩国均为47%，欧洲本土的申请则相对较少，说明中、美、日、韩的国家技术实力比较强大，并且本国市场也受到本国企业的高度重视。

美国对外输出布局到其他国家的专利数量远远大于外部输入美国的数量，在欧洲和中国台湾地区的专利总量中，美国籍申请人分别占比58%和51%，很大程度上掌控这两个地区的微系统技术市场。此外，美国在日本和韩国的专利申请总量中占比可达35%，虽然在中国大陆的占比仅18%，但在配置专利数量上仍有极大优势。这说明，美国在微系统技术领域中，技术实力绝对领先，不仅在本国、欧洲、中国台湾等地实施大范围的专利布局，在中国大陆、日本和韩国也有一定的规模，而其他国家很难进入美国市场。随着中国籍申请人创新能力的迅速提升，微系统技术得到快速发展，使得中国专利申请的数量在全球范围内也名列前茅。海外申请人专利申请数占中国专利申请总数的32%，重要因素是中国拥有巨大消费市场，作为新兴市场的典型代表，中国受到美国、日本、韩国、欧洲和其他跨国企业的极大关注，对于国内企业来说，这既是机遇同时也面临着诸多来自国外企业的技术和专利挑战。日本作为传统的消费电子类强国，走在技术前沿，且日本专利保护意识特别强烈，创新成果除了在本国实施全面的专利布局以外，还特别注重海外市场的专利布局。德国也在各个国家/地区进行专利布局，因此德国在微系统技术领域的实力也不容小觑。

2.2 技术原创国家/地区分布分析

专利技术的创造国家称为原创国家，用于区别专利的注册地国家。原创专利是指注册地国家创造的专利技术，主要区别于其他国家注册的专利，但不限于在本国申请专利，目前全球原创专利申请总量为28762项。从专利申请的情况来看，微系统技术的开发重点分布在美、中、日三国，专利申请量占据全球总额的74%。美国的原创专利申请数量最多，共10002项，占全球申请总量的35%，技术实力最强，这与美国最早开展微系统技术研究密切相关。特别需要强调的是，美国政府或企业在微系统领域实施的一些技术标准实际上已成为行业标准，指引着全球微系统技术的发展方向^[14]；中国的原创专利数量占全球总量的26%，仅次于美国；日本的技术实力也处于国际领先地位^[15]，原创专利数量占总量的13%，位居全球第三。此外，韩国、德国实力相当，专利申请量也是位居前列，具有一定的原创生命力。

作为微系统技术领域第一大技术原创国，美国将一半的原创专利输出到其他国家，是最大的技术输出国，输出欧洲和日本的专利数量较多，输出中国大陆、韩国、中国台湾的专利数量略少，因而可知，美国企业非常重视全球专利布局；从EPO的专利输出情况来看，欧洲本土和美国市场对欧洲企业来说同等重要，其次对日本和中国市场也较为重视。德国的原创专利数量大于EPO受理的原创专利数量，德国向美国市场输出的专利数量占比为20%，可见德国申请人最重视的海外市场是美国；韩国专利输出占总量的44%，日本专利输出占总量的41%，中国台湾专利输出占总量的32%。日本、韩国、中国台湾作为原创国家或地区在进行专利输出时，也均将美国作为最重要的专利输出国，对日本和韩国来说，欧洲和中国这两个目的地产业布局的地位同等重要，韩国、日本以专利布局的手段达到相互牵制的作用，中国台湾原创专利的24%输出至美国市场，除此之外在日本和中国大陆也有少量专利布局；中国作为第二大原创国家，占有7528项原创专利技术，但大多数原创专利申请只在中国大陆采取布局，仅有4%的原创专利输出到其他国家或地区，占比极小。由此可见，中国大陆的企业和研究机构在面临微系统产业化的过程中竞争较为激烈，如何进行海外专利布局，从而享有国际专利的主动权，是企业和研究机构需要重视和解决的问题。

2.3 专利权人依赖关系分析

微系统技术领域全球主要专利权人之间的授权关系，客观反映行业内专利权人之间的相互依赖关系^[16]。图8所示为微系统技术在华专利权人的依赖关系，其中圆圈代表专利权人，箭头方向代表专利许可流向，箭头粗细代表专利许可频次。

图8 微系统技术在华专利权人依赖关系

由图8可见，高通公司虽然掌握的专利数量并不是行业内专利数量最多的企业，但却在微系统领域做了大量的基础专利布局，几乎控制了整个微系统技术市场，居于行业核心地位，意味着高通公司重视主动保护创新，提前预警和布局，有着前卫的知识产权保护理念，从而实现市场地位的主动权。而罗伯特博世、三星电子、IBM、INTEL、德州仪器、霍尼韦尔等国际大公司拥有的专利数量远远超过高通公司，但是都非常依赖高通公司的基础专利，正是因为罗伯特博世、德州仪器等公司仅仅只围绕自己的产品和目标市场进行专利布局，侧重预防和抵御风险，因此市场地位相对较被动。

由图8还可以看出微系统技术在华专利权人之间的依赖关系，高通公司在中国区域同样占据微系统技术领域的核心地位，通过专利全球布局牢牢控制着微系统技术的中国市场，罗伯特博世、飞利浦、INTEL、三星等公司较大程度地依赖高通公司的基础专利。中国籍专利权人东南大学与高通公司、中科院上海微系统技术研究所、东华大学之间存在专利转让或技术合作，可以看出东南大学积极开展基础技术研究，积极通过专利布局参与竞争，进一步提升了自己在行业内地位。

综上所述，中国微系统领域专利权人应该加强产学研结合，积极推进技术合作，增强企业主体的综合竞争实力。

3 结论与建议

从总体发展趋势看，全球专利申请整体呈现快速上涨趋势，主要国家技术发展普遍迅速，专利技术集中度整体呈现下降趋势，并未出现少数公司或机构垄断大部分专利的情况；从专利布局看，美、日、德等主要发达国家企业非常重视全球专利布局，为全球主要的原创技术输出国，而中国原创专利技术基本是技术逆差状态；从专利权所有人看，微系统技术全球专利权人前15位多为欧、美、日发达国家的跨国企业，未见中国大陆企业，中国大陆企业在该领域的专利布局差距明显；从专利权人依赖关系看，部分企业技术主动性优势明显，中国大陆专利权人之间呈现缺乏协作。综上，对中国微系统技术创新发展提出以下建议。

（1）提升企业技术创新能力，加强专利海外布局。专利海外布局是企业“走出去”的护航利器，技术创新是开展专利海外布局的源动力。因此，加强专利海外布局应从以下方面着手：①企业主观上要提高专利海外布局的主观能动性，尽早谋划，及时实施，客观上要不断提高技术创新能力，为专利海外布局提供技术支撑；②政府要加强政策引导，通过财政补贴、税费减免等专项政策给予相应激励，降低企业“走出去”成本，提高企业的积极性^[17]；③中介结构要持续提升海外业务专业水平和对外服务能力，通过积极主动服务企业海外业务拓展，实现自我社会和经济价值。

（2）重视常态化专利预警，防范专利壁垒不利影响。主要发达国家技术优势明显，全球布局力度持续加大，专利壁垒形成的可能性逐渐变大。因此，企业要善于常态化运用专利检索与分析，预测和评判利用专利手段对微系统技术进步和行业发展形成的制约和障碍，及时通过防御或进攻的专利策略实现专利权的保护和自身权益的维护，同时要重视专利和技术秘密管理体系建设^[18]，提前防范专利壁垒可能导致的侵权不利影响。

（3）积极推动产学研结合，鼓励建立专利联盟。建立产业专利联盟是提高中国企业国际竞争力、消除或防范地域专利壁垒的有效途径。强化政府调节以及政策的导向作用，组织以共性专利技术为基础，构建以企业为主体、以市场为引领、以利益分享为核心的产学研融合一体的技术创新体系，通过建立同领域的专利联盟，实施交叉许可、优惠许可等定向政策，把技术力量联合起来共同抵御对手可能设置的专利壁垒，也可以提高联盟内企业对外谈判的话语权^[19]。

（4）提高专利质量，推动专利和标准相结合。微系统作为新兴产业的基础技术，目前处于平稳、快速发展时期，机遇和挑战并存，企业应该在提高技术创新能力的基础上，加大在标准化方面的投入，注重共性技术、易识别技术的挖掘与专利的规划布局，同时积极参加标准制定相关活动，了解技术标准动态，多种举措推动嵌入技术标准，通过专利与标准相结合提升企业内在的核心竞争力，赢得一定产业发展地位。

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作者简介：葛慧磊（1985-），男，河南清丰人，博士生；研究方向：专利战略与管理、技术创新管理。