60年的半导体行业及其改变专利战略

贡献：Arabinda DAS

今天半导体行业是庞之大门年销售收入跨越4000亿美元．在其60年的历史中，这个成熟的行业已经尝试了各种模式，如集成设备制造商(IDM)、无晶圆厂和代工概念，每一种都采用了不同的知识产权(IP)战略。

在早期的阶段，在1960年至1970年期间，设计集成电路（IC）是一个艰苦的任务，因为它需要专门的工程师，而无需电子设计 - 自动化（EDA）工具，必须手动创建电路和布局．这款有限的研发到一个选择少数昂贵过程的制造商。那时，制造商的专利围绕着其产品的各个方面。

在20世纪80年代早期，EDA工具开始出现在市场上，导致了流程的标准化，使更多的参与者进入了制造领域。这种标准化有助于分离设计和制造过程;现在可以在一个地方设计，在另一个地方制造了。这是一个巨大的解脱，因为制造变得极其昂贵，并需要定期升级设备和工艺。这种分裂产生了各种各样的分类，如IDM，无晶圆厂和铸造。

idm包括最有资源的组织，如德州仪器、英特尔和IBM。他们有一个完整的概述，从设计阶段到产品。他们还制造了逻辑和存储设备，为他们的专利组合增加了广泛的范围。图1描述了来自Techinsights库的1990年德州仪器(TI) 4MB CMOS DRAM。该装置采用沟槽电容器来存储数据。德州仪器不仅设计了DRAM，而且还在美国自己的工厂生产和包装了它。今天，德州仪器不再制造任何内存产品或逻辑处理器，但他们仍然继续将其庞大的知识产权资产货币化。

无晶圆厂型号设计了自己的产品，但取决于铸造厂制造。因此，无晶圆厂组织专门集中在他们的产品可以为市场带来的功能和应用程序，并相应地提交专利。高通公司是拥抱无晶圆厂模型的先驱，即使在今天也是如此。图2图像来自高通公司 - 在九十年代晚期创建的图像，另一个是他们最近的设备之一;两者都在TechInsights分析。左侧的图像具有模具标记，表明芯片由英特尔制造。右侧的图像由三星制造。

该铸造厂不断地面对缺陷密度，蚀刻 - 选择性和填充高纵横比结构的制造挑战，创造了不断寻找解决方法的需要。他们解决的每个主要问题都导致专利。未来10年，无晶片和铸造厂的专利组合仍然明显地分开。随着时间的推移，许多idms辍学了半导体行业或采用了无晶圆厂铸造模型;保持整个半导体过程的挑战需要巨大的资源和萨沃尔·普罗德。

1997年，IBM公司引进了铜互连线，后来被所有的逻辑制造企业采用，半导体技术在世纪之交取得了巨大进步。铜互连线通过铜-大马士革结构的错配和电迁移问题带来了新的挑战，如铜和钽基屏障的化学机械抛光。所有这些问题都得到了解决，并产生了来自不同制造商的大量工艺专利。这一时期也经历了摩尔定律的顶峰，该定律指出，芯片上的晶体管数量每两年翻一番，从而使制造电子设备的成本大大降低。在那个时期，各种各样的芯片被制造出来用于各种各样的应用。这些芯片被安装在不同类型的印刷电路板上，根据输入/输出的数量，它们的配置可能会有所不同，从线键合到倒装芯片、引脚网格阵列、表面贴装技术等等。这些包配置和它们的过程是如此不同，以至于它们必须由一个完全独立的组织来处理。外包组装测试(OSAT)诞生于20世纪90年代末。无晶圆厂模式已经在亚洲建立了生产基地，而设计留在了美国和欧洲。卫星定位系统进一步扩展到亚洲其他国家。 OSAT did a formidable job of testing the devices and packaging them and patenting the back-end process. One should not forget that a few IDMs, who kept a close eye on the entire process, contributed to many significant milestones in the packaging industry, such as the ball-grid array, and flip-chip copper pillar process. By the mid-2000s there were four distinct groups (IDM, foundries, fabless and OSAT) developing their own distinct IP.

2007年iPhone的芯片生态系统的现状被中断。智能手机组装在一个小型占地面积中，有几个组件，如显示，触摸屏，摄像机，麦克风，扬声器，电池，传感器，天线，Wi-Fi连接，内存，处理器，存储等更不用说存在的所有不同类型的软件，以便于日常运营。随着智能手机开发的，它成为创新新的紧凑型软件包的可怕必需品，优化不同设备之间的互连结构，并为处理器提供强大的计算能力。智能手机将公众连接到互联网，并迎来了大量数据，迎来了更好的数据收集和操纵。数据组织需要在市场上尚未提供的特定应用程序;这种需求迫使公司满足这种需求。因此，设计房屋，铸造厂和软件公司之间的边界线变得相当模糊：铸造厂开始涉及设计和包装。特别是TSMC领先的原料之一，扩展了其各种领域的投资组合。如今，台积电为各种公司制造芯片，包括苹果公司，并开发了自己的专有集成扇出（Info）包装技术，其中堆叠的DRAM管芯放置在嵌入式处理器的顶部，在其成型化合物上具有再分配线。图3显示了TSMC最新的包装产品之一，主要用于Apple处理器。

同样，像Microsoft，Apple等数据公司开始为其应用程序设计筹码。这创建了半导体过程的重新集成;不同组织的融合导致了投资组合的交叉口的专利。在未来，各种群体的专利将会有更多的专利，其中包括5克等技术。

最近，我看到了Drewent[2]的Ed White提供的一份关于5G的详细报告。其中一个主要结论是，顶级5G受让方(三星、苹果、华为、高通、爱立信和诺基亚)的发明可以分为37个技术类别。这6家公司拥有41%的5G专利，而且没有一家公司拥有任何生产能力(三星除外)。尽管如此，他们都申请了各种技术类别的专利，包括医疗保健、教育、农业、汽车、多重接入方案、天线和增强的移动宽带。这种广泛的投资组合表明，很难将一家公司划分为单一类别，并赋予其独特的专门化。软件公司、idm、晶圆厂和无晶圆厂都在整个完全不同的范围内申请专利。

考虑到，考虑到，在5G的时代，新应用程序将出现一些现有配置，这种情况变得更加复杂。例如，5G的突出技术之一是大规模的MIMO（多输入多输出）技术。MIMOS被配置为允许无线网络通过单个无线电信道发送和接收多个数据信号。为了使这种可能，在同一平台上需要多个天线;因此，未来的智能手机将具有更复杂的天线结构。这一概念开设了一种名为天线的新型封装应用程序，包括封装（AOP）的包装（AIP）或天线，这是嵌入式扇出包装的子集。嵌入式扇出包装旨在将活性物质和无线（如天线，电感器和电容器）掺入包装中。英飞凌是嵌入式扇出包装的先驱之一，其嵌入式晶圆级 - 球栅阵列（EWLB）于2008年开发，并获得了统计Chippac，ASE和Amkor。三家奥特拉公司通过提供解决方案来集成多个活性物质和包装中的激活，包括天线结构的解决方案，提供了进一步的发展;这鼓励许多其他玩家加入扇出技术社区。 When Infineon built a precise motion detection device technology for the Google Pixel 4 smartphone in 2019, they did it without using their embedded fan-out technology. Instead,他们把天线装入印刷电路板中，从TechInsights的结构分析中推断出[4,5]。这进一步加强了大多数现代科技巨头拥抱的跨学科心态。今天，有至少十家直接参与扇出晶圆级包装的公司[3]，其中8个是OSAT玩家。

除了分类边界消失之外，专利景观进一步复杂于知识产权（IP）不断变化的手。根据IAM Editor R. Lloyd2020年第一季度看到美国专利交易数量最多，以及更换手的最大资产[6]。事实上，2020年从2010年被监测了追踪专利交易时自2010年以来的最大运动。IBM，LG和诺基亚是一些最杰出的卖家，而大多数买家都是非练习实体，然而TSMC，三星和索尼是前五大买家之一。显然，半导体行业已经开始了DRAM专利仅适用于特定产品的时间。今天，该技术仍然分散到许多专业领域，但同时不同类别之间的接口比以往更加流体。由此产生的专利景观挑战，但也充满了知识产权实践的机会。没有一个保护一个人的IP的策略;一种可能的方式是接受开放创新的概念。主要思想开放式创新是整合或接受外部组织的思想和技术，以增强自身的创新能力[7]。这使半导体公司能够专注于他们的核心优势，并依赖于与其他公司和/或研究联盟的大规模合作，在他们没有所需技能的地区。这里希望知识产权的未来专注于创造力的出现，这是半导体行业的特征。同时，TechInsights正在继续追踪技术的进步，并对专利景观不断变化。

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