《单光子雪崩二极管（SPAD）专利态势分析-2023版》

原创 MEMS 2023-11-10 00:02 857浏览 0评论 0点赞

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SPAD Patent Landscape Analysis 2023

单光子雪崩二极管（SPAD）是指工作电压高于击穿电压的APD，也称为盖革模式APD。SPAD以其高雪崩增益、快响应速度、低功耗、低成本、易与CMOS电路集成、易形成二维面阵等优点成为众多民用领域单光子探测的最佳选择。SPAD阵列与时间测量电路的集成，例如时间数字转换器（TDC）与时间门控电路，使得SPAD阵列在具备单光子探测能力的同时还能够精确测量光子的飞行时间（ToF），从而实现对高速物体的追踪或者是拓展成像的维度。

SPAD与处理电路集成示意图
（DOI: 10.3389/fphy.2022.906671）

回顾2020年，苹果发布的新款iPad Pro和iPhone 12 Pro Max集成了激光雷达扫描仪，其中集成了索尼（Sony）开发的3万像素SPAD阵列传感器。这是全球首次在平板电脑和智能手机中采用SPAD，标志着单光子探测器进入大批量商业化阶段。在汽车激光雷达方面，VCSEL+SPAD的纯固态架构也非常具有竞争力，有望在中短程测距方面成为主流解决方案。SPAD取得如此骄人的成绩源于CMOS制造工艺的助力，并借鉴了传统CMOS图像传感器的发展之路，通过背照式（BSI）、3D堆叠、电荷聚焦（Charge Focusing）等技术将SPAD阵列与处理电路进行大规模集成，从而实现更高的像素分辨率、更高的光子探测效率、更丰富的光子探测功能。

传统BSI SPAD阵列（左）vs. BSI电荷聚焦SPAD阵列（右）（来源：Canon）

在全球SPAD产业蓬勃发展之际，非常有必要了解SPAD厂商及科研机构的专利布局和专利地位，并识别SPAD领域新进入者及其所带来的威胁。在本报告中，麦姆斯咨询深入分析了全球及中国SPAD专利发展现状及趋势，挖掘出SPAD领域的领导厂商、新进厂商和科研机构，并对其SPAD专利申请活动进行了统计与分析，从而为SPAD相关从业人员的技术调研、产品创新、产学研合作提供极有价值的参考资料。

全球SPAD专利申请概况

根据麦姆斯咨询统计与分析，SPAD全球专利申请量累计超2200件，涉及三百多位专利申请人。从SPAD全球专利申请趋势来看，1984-2004年处于萌芽期，年度申请量不超过10件；自2005年以来，全球范围内的SPAD专利申请总体呈波浪式上升趋势，2015年之后上升速度加快，进入快速增长期，2021年的年度申请量高达334件。需要说明的是，除要求提前公开的专利申请之外，专利申请通常自申请日起满18个月公开，因此2022年和2023年的申请可能尚未完全公开，数据统计仅供参考。

SPAD全球专利申请趋势（来源：麦姆斯咨询）

主要技术目标国家/地区的SPAD专利申请量和授权量统计（来源：麦姆斯咨询）

专利申请可以反映一个国家或专利申请人对特定技术的研发投入水平，同时提供有关主要专利申请人技术成熟度的线索。本报告对2200多件SPAD专利进行了统计与分析，麦姆斯咨询在下图中展示了SPAD有效专利量排名前20的申请人。整体来看，滨松（Hamamatsu）、意法半导体（ST）、索尼（Sony）、东芝（Toshiba）、台积电（TSMC）的简单同族数量、专利申请总量、有效专利量和审中专利量均排名靠前，它们在该领域具有较强的研发实力并注重全球范围的专利布局。此外，审中专利量较多的佳能（Canon）、安森美（onsemi）、松下（Panasonic）、艾迈斯欧司朗（ams OSRAM）的创新能力也不容小觑。

主要SPAD专利申请人及其专利组合的地理覆盖范围（部分模糊化）

新进入者加速推动SPAD行业发展

SPAD专利申请新进入者指在2017-2023年首次申请SPAD专利的企业、组织或个人。麦姆斯咨询列出了简单同族数量排名前20的新进入者。近年来，中国大陆的申请人，如灵明光子、武汉新芯、华为、季华实验室、湖南师范大学、飞芯电子等，开始积极布局相关技术专利，竞相入局SPAD领域。其它新进入者还包括来自美国的安森美（onsemi）、W&Wsens、格芯（GlobalFoundries），瑞士的IRIS，中国台湾的神盾（Egis Technology），德国的X-FAB、韩国的东部高科（Dongbu HiTek）等。

SPAD专利申请新进入者统计（部分模糊化）

主要申请人的竞争格局和专利布局策略

本报告清晰地给出了该领域活跃的专利申请人，通过对主要专利申请人的专利组合分析，揭示了它们的知识产权地位。本报告深入分析了10家领导厂商、10家新进厂商以及10家领先科研机构的SPAD专利组合，分别介绍了它们的SPAD专利申请概况、专利申请活跃度、关键专利以及近期申请的专利。此外，专利转让分析揭示了通过收购方式而进入该领域的厂商。

SPAD专利分类标引

本报告从SPAD设计、制造、封装/组装3个产业链环节，对该领域910多个简单同族专利进行技术分类标引。根据标引结果来看，涉及设计、制造、封装/组装的SPAD专利申请量（按简单同族计）依次为803、319、70个（注：一件专利可能涉及多个产业链环节）。可见，SPAD专利的研究领域主要集中在设计和制造。此外，细分领域分析展示了主要专利申请人聚焦的方向，有助于了解其商业策略。

SPAD专利数据库

麦姆斯咨询还提供一份包含本报告分析的所有SPAD专利的Excel数据库，支持多字段检索，包括公开号、标题、申请日、优先权日、公开（公告）日、授权日、预估到期日、当前申请（专利权）人、当前申请（专利权）人地址、原始申请（专利权）人、原始申请（专利权）人地址、发明人、法律状态/事件、受理局、IPC分类号、被引用次数、简单同族成员数量、简单同族被引用次数总数等。

报告目录：

1. SPAD概念及关键技术

内容包括APD、SPAD、MPPC/SiPM概念，SPAD结构、原理、等效电路模型，SPAD集成技术演进。

2. SPAD专利分析方法

内容包括检索与分析流程，专利相关概念，SPAD专利研究对象，SPAD专利分析主题，SPAD专利检索策略，SPAD专利分类说明。

3. SPAD全球专利分析

内容包括SPAD全球专利申请趋势分析，技术来源国家/地区SPAD专利分析，技术目标国家/地区SPAD专利分析，SPAD专利法律状态分析，SPAD专利申请人分析，SPAD专利细分领域分析，SPAD发明人分析，值得关注的SPAD专利统计。

4. SPAD中国专利分析

内容包括SPAD中国专利申请趋势分析，技术来源国家/地区SPAD中国专利分析，SPAD中国专利法律状态分析，SPAD中国专利申请人分析，SPAD中国专利细分领域分析，近期专利申请统计。

5. SPAD领域领导厂商专利分析

内容包括SPAD领域领导厂商地理分布图，分别提供每家厂商简介、专利概况、当前关键/有效专利、近期专利申请。

6. SPAD领域新进厂商专利分析