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摘 要：埋入无源元件印制电路板可以显著提高印制电路板的集成度。本文对埋入无源元件印制电路板的相关专利技术进行分析，从申请趋势、地域分布、重要创新主体等多个角度进行深入挖掘，梳理埋入无源元件印制电路板技术的研究现状和发展趋势。
关键词：埋入无源元件;印制电路板;专利分析
中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0047-03
Patent Application Situation Analysis in Embedded Passive Printed Circuit Boards
WANG Xin
（Patent Examination Cooperation Tianjin Center of the Patent Office， CNIPA， Tianjin 300304）
Abstract： Embedded passive printed circuit boards can significantly improve the integration of the printed circuit boards. This article analyzes the patent applications related to embedded passive printed circuit boards， and conducts in-depth exploration from multiple aspects such as the trend in patent application development， geographical distribution and important innovation subjects， thus to sort out the current status and development trend of embedded passive printed circuit boards.
Keywords： embedded passive component; printed circuit board;patent analysis
将元件嵌入印制电路板中，可使印制电路板的面积比SMT设计缩小多达40%，埋入无源元件印制电路板的优势得以体现。无源元件可分为电阻器、电容器和电感器，按埋入的元件不同，埋入无源元件印制电路板可分为埋入电阻印制电路板、埋入电容印制电路板和埋入电感印制电路板。埋入电阻印制电路板中，电阻的类型可分为现有的无源电阻、金属薄膜（如NiP薄膜）电阻和丝网印刷电阻，其中最常见的是丝网印刷电阻，将固定的电阻浆料用网印方法印在板面，固化后表面印绝缘层或阻焊层，还可以在绝缘层或阻焊层上再次网印第二层或更多，这种方法很容易实现，内埋电阻的方阻值误差在10%时均可采用网印的方法加工。埋入电容印制电路板中，埋入电容的类型有用电极夹住高介电常数树脂材料的厚膜电容和用电极夹住高介电常数薄膜的薄膜电容。为了形成埋入电容元件，可采用厚50μm左右的覆薄铜箔的积层板，对铜箔进行蚀刻形成上下电极，并由此形成埋入电容的多层基板。埋入电感印制电路板是将铁磁性粉体加入树脂中，制成膜片或浆料，通过铜箔及导电浆料形成电极，用以制作电感元件，或者在通常的绝缘膜片上通过溅射镀膜或化学气相沉积制备无源电感元件。把大量可埋入的无源元件埋入到PCB中，可以使PCB向高密度化发展，提高PCB组装的可靠性，改善PCB组装件的电气性能，并且节省成本[1]。本文从专利角度对埋入无源元件印制电路板技术的发展现状进行分析，为相关从业人员提供技术参考。
1 埋入无源元件印制电路板专利申请趋势分析
截至2020年12月31日，全球范围内的埋入无源元件印制电路板的专利申请量为1 621项，其中与埋入电容、埋入电阻和埋入电感相关的专利申请量分别为1 048项、441项和240项（部分专利申请中同时涉及至少两种埋入无源元件相关技术）。可见，埋入电容印制电路板技术是该领域的研究热点。这是由于PCB的无源元件中电容器的用量最多，而且随着数字信号传输系统的高速化与复杂化发展，有源元件的工作电压持续下降与功能的不断强化，加上信号传输线不断增加与密集化，其I/O数量也随之增加，更需要增加大量低电容值的旁路电容器来消除电磁耦合和杂信串扰。
图1显示了埋入无源元件印制电路板专利申请发展趋势（由于2018—2020年的部分专利申请尚未公开，因此这三年的专利申请量仅供参考），从中可以看出，全球范围内的埋入无源元件印制电路板相关专利申请始于20世纪60年代初，但是直至20世纪90年代末期相关专利申请量才出现较为明显的增长，到2007年专利申请量出现106项的峰值，而后在2008—2009年中又经历了申请量的大幅下降。虽然2010年开始申请量重新上升，但每年的申请量也仅有60项左右。可见，近十年来，埋入无源元件印制电路板技术发展热度呈现减退趋势，而这其中，对于埋入无源元件印制电路板专利申请趋势影响最大的显然是埋入电容印制电路板专利申请量的变化。
2 埋入无源元件印制电路板专利申请地域分析
从专利申请来源国家分布可以获知各个国家对于该项技术研发的重视程度。通过图2的埋入无源元件印制电路板的专利申请来源国家分布可以发现，该项技术研发最为活跃的国家依次为美国、中国、日本和韩国。由于1980年前该领域专利申请量很少，我们接下来对1980年以来上述四个国家在该领域的专利申请趋势进行统计。从中能够明显得出，2000年前后的一段时期内，美国、中国、日本和韩国在该领域的专利申请量均处于增长状态;2008年以后，美国、日本和韩国在该领域的专利申请量出现明显下降，而中国在该领域的专利申请量仍处于波动增长的态势，并在此后每年的专利申请量基本保持领先地位。这也从侧面反映出上文所提到的全球专利申请量从2010年开始重新上升的原因，正是由于近年越来越多的中国创新主体参与到该项技术的研发中，才推动了全球专利申请量的第二次增长。
从专利申请来源国家和目标国家的流向分布可以获知每个国家对于其他国家在该项技术未来市场的重视程度。图3显示了作为埋入无源元件印制电路板专利申请量排名前四位的国家在其他国家的专利布局数量分布。从中可以发现，美国、日本和韩国除了在本国进行专利申请外，在另外的三个国家也均有大量的专利布局，表明这三个国家非常重视自身的专利技术，并且希望通过专利布局的方式抢占他国市场。而中国虽然是该领域的全球第二大专利申请来源国家，但其仅集中在本国进行专利布局，在其他国家的专利布局数量相对较少。这一方面表明中国的创新主体对自身专利技术重视程度不足，另一方面也反映出中国的创新主体海外专利布局意识有待提升。
3 埋入无源元件印制电路板重要创新主体分析
全球范围内埋入无源元件印制电路板专利申请量排名前八位的申请人依次为杜邦公司（美国）、台湾地区的工业技术研究院（中国台湾地区）、大德电子有限公司（韩国）、TDK株式会社（日本）、全懋精密科技股份有限公司（中国台湾地区）、新光电气工业株式会社（日本）、深圳崇达多层线路板有限公司（中国大陆地区）和日本特殊陶业株式会社（日本）。杜邦公司是全球最大的埋入电容印制电路板技术垄断企业之一，结合图2所示的美国专利申请趋势来看，美国在该领域的技术起步相对较早，技术发展较为成熟，因此市场竞争力强。中国台湾地区的工业技术研究院和全懋精密科技股份有限公司、大陆地区的深圳崇达多层线路板有限公司是国内印制电路板领域的龙头企业，国内较大终端用户对于埋容技术越来越强烈的需求推动了国内相关企业在该领域的技术发展，相信这些企业在未来市场中必然占据一席之地。
4 结语
埋入无源元件印制电路板技术，尤其是埋入电容印制电路板技术是未来高频高速印制电路板发展的必然趋势。虽然目前我国在专利申请量方面排在全球第二位，但总体来看我国在海外专利布局并不占優势。如何冲破国外企业的先发优势、形成核心技术、抢占市场份额仍是国内企业急需解决的问题。
参考文献：
[1] 张怀武.现代印制电路原理与工艺：第2卷[M].北京：机械工业出版社，2009：267-286.
关键词：埋入无源元件;印制电路板;专利分析
中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0047-03
Patent Application Situation Analysis in Embedded Passive Printed Circuit Boards
WANG Xin
（Patent Examination Cooperation Tianjin Center of the Patent Office， CNIPA， Tianjin 300304）
Abstract： Embedded passive printed circuit boards can significantly improve the integration of the printed circuit boards. This article analyzes the patent applications related to embedded passive printed circuit boards， and conducts in-depth exploration from multiple aspects such as the trend in patent application development， geographical distribution and important innovation subjects， thus to sort out the current status and development trend of embedded passive printed circuit boards.
Keywords： embedded passive component; printed circuit board;patent analysis
将元件嵌入印制电路板中，可使印制电路板的面积比SMT设计缩小多达40%，埋入无源元件印制电路板的优势得以体现。无源元件可分为电阻器、电容器和电感器，按埋入的元件不同，埋入无源元件印制电路板可分为埋入电阻印制电路板、埋入电容印制电路板和埋入电感印制电路板。埋入电阻印制电路板中，电阻的类型可分为现有的无源电阻、金属薄膜（如NiP薄膜）电阻和丝网印刷电阻，其中最常见的是丝网印刷电阻，将固定的电阻浆料用网印方法印在板面，固化后表面印绝缘层或阻焊层，还可以在绝缘层或阻焊层上再次网印第二层或更多，这种方法很容易实现，内埋电阻的方阻值误差在10%时均可采用网印的方法加工。埋入电容印制电路板中，埋入电容的类型有用电极夹住高介电常数树脂材料的厚膜电容和用电极夹住高介电常数薄膜的薄膜电容。为了形成埋入电容元件，可采用厚50μm左右的覆薄铜箔的积层板，对铜箔进行蚀刻形成上下电极，并由此形成埋入电容的多层基板。埋入电感印制电路板是将铁磁性粉体加入树脂中，制成膜片或浆料，通过铜箔及导电浆料形成电极，用以制作电感元件，或者在通常的绝缘膜片上通过溅射镀膜或化学气相沉积制备无源电感元件。把大量可埋入的无源元件埋入到PCB中，可以使PCB向高密度化发展，提高PCB组装的可靠性，改善PCB组装件的电气性能，并且节省成本[1]。本文从专利角度对埋入无源元件印制电路板技术的发展现状进行分析，为相关从业人员提供技术参考。
1 埋入无源元件印制电路板专利申请趋势分析
截至2020年12月31日，全球范围内的埋入无源元件印制电路板的专利申请量为1 621项，其中与埋入电容、埋入电阻和埋入电感相关的专利申请量分别为1 048项、441项和240项（部分专利申请中同时涉及至少两种埋入无源元件相关技术）。可见，埋入电容印制电路板技术是该领域的研究热点。这是由于PCB的无源元件中电容器的用量最多，而且随着数字信号传输系统的高速化与复杂化发展，有源元件的工作电压持续下降与功能的不断强化，加上信号传输线不断增加与密集化，其I/O数量也随之增加，更需要增加大量低电容值的旁路电容器来消除电磁耦合和杂信串扰。
图1显示了埋入无源元件印制电路板专利申请发展趋势（由于2018—2020年的部分专利申请尚未公开，因此这三年的专利申请量仅供参考），从中可以看出，全球范围内的埋入无源元件印制电路板相关专利申请始于20世纪60年代初，但是直至20世纪90年代末期相关专利申请量才出现较为明显的增长，到2007年专利申请量出现106项的峰值，而后在2008—2009年中又经历了申请量的大幅下降。虽然2010年开始申请量重新上升，但每年的申请量也仅有60项左右。可见，近十年来，埋入无源元件印制电路板技术发展热度呈现减退趋势，而这其中，对于埋入无源元件印制电路板专利申请趋势影响最大的显然是埋入电容印制电路板专利申请量的变化。
2 埋入无源元件印制电路板专利申请地域分析
从专利申请来源国家分布可以获知各个国家对于该项技术研发的重视程度。通过图2的埋入无源元件印制电路板的专利申请来源国家分布可以发现，该项技术研发最为活跃的国家依次为美国、中国、日本和韩国。由于1980年前该领域专利申请量很少，我们接下来对1980年以来上述四个国家在该领域的专利申请趋势进行统计。从中能够明显得出，2000年前后的一段时期内，美国、中国、日本和韩国在该领域的专利申请量均处于增长状态;2008年以后，美国、日本和韩国在该领域的专利申请量出现明显下降，而中国在该领域的专利申请量仍处于波动增长的态势，并在此后每年的专利申请量基本保持领先地位。这也从侧面反映出上文所提到的全球专利申请量从2010年开始重新上升的原因，正是由于近年越来越多的中国创新主体参与到该项技术的研发中，才推动了全球专利申请量的第二次增长。
从专利申请来源国家和目标国家的流向分布可以获知每个国家对于其他国家在该项技术未来市场的重视程度。图3显示了作为埋入无源元件印制电路板专利申请量排名前四位的国家在其他国家的专利布局数量分布。从中可以发现，美国、日本和韩国除了在本国进行专利申请外，在另外的三个国家也均有大量的专利布局，表明这三个国家非常重视自身的专利技术，并且希望通过专利布局的方式抢占他国市场。而中国虽然是该领域的全球第二大专利申请来源国家，但其仅集中在本国进行专利布局，在其他国家的专利布局数量相对较少。这一方面表明中国的创新主体对自身专利技术重视程度不足，另一方面也反映出中国的创新主体海外专利布局意识有待提升。
3 埋入无源元件印制电路板重要创新主体分析
全球范围内埋入无源元件印制电路板专利申请量排名前八位的申请人依次为杜邦公司（美国）、台湾地区的工业技术研究院（中国台湾地区）、大德电子有限公司（韩国）、TDK株式会社（日本）、全懋精密科技股份有限公司（中国台湾地区）、新光电气工业株式会社（日本）、深圳崇达多层线路板有限公司（中国大陆地区）和日本特殊陶业株式会社（日本）。杜邦公司是全球最大的埋入电容印制电路板技术垄断企业之一，结合图2所示的美国专利申请趋势来看，美国在该领域的技术起步相对较早，技术发展较为成熟，因此市场竞争力强。中国台湾地区的工业技术研究院和全懋精密科技股份有限公司、大陆地区的深圳崇达多层线路板有限公司是国内印制电路板领域的龙头企业，国内较大终端用户对于埋容技术越来越强烈的需求推动了国内相关企业在该领域的技术发展，相信这些企业在未来市场中必然占据一席之地。
4 结语
埋入无源元件印制电路板技术，尤其是埋入电容印制电路板技术是未来高频高速印制电路板发展的必然趋势。虽然目前我国在专利申请量方面排在全球第二位，但总体来看我国在海外专利布局并不占優势。如何冲破国外企业的先发优势、形成核心技术、抢占市场份额仍是国内企业急需解决的问题。
参考文献：
[1] 张怀武.现代印制电路原理与工艺：第2卷[M].北京：机械工业出版社，2009：267-286.