【導(dǎo)讀】從臺達(dá)電子的上述專利來看，其采用的專利布局策略是基于一個大的電路結(jié)構(gòu)框架，在各個具體的擴展電路上去改進，以專利族1為代表，這種方式可以使得這些專利作為同族專利共同享有同一個最早優(yōu)先權(quán)，另外也能彌補單個專利說明書內(nèi)容不夠豐富的缺陷，便于專利在審查中的修改。這種專利布局方式在很多公司研發(fā)出了核心產(chǎn)品技術(shù)時通常會采用到的，比如之前所介紹的納微半導(dǎo)體的專利布局策略也是如此。
專利族1
首先介紹的是臺達(dá)電子以2016年7月6日為優(yōu)先權(quán)日的一個專利族，其中共計包括14件INPADOC同族專利，分別布局在中國、中國臺灣以及美國。目前已授權(quán)的專利共計9件，分別是CN111211691B、TWI633754B、TWI686040B、TWI702798B、US10348286B2、US10498324B2、US10924105B2、US10826484B2、US10826479B2；處于審查中的有2件，分別是CN111969989A、CN114785094A；被駁回的有3件，分別是CN110011522A、CN107592015A、EP3742613A1。在已授權(quán)和審查中的11件專利中，目前已有9件專利被臺達(dá)電子轉(zhuǎn)移給了其子公司碇基半導(dǎo)體股份有限公司。
技術(shù)背景及問題：
根據(jù)該專利族技術(shù)說明書的記載，其所要解決的第一個問題是，現(xiàn)有技術(shù)需要采用單獨的負(fù)電源來關(guān)斷常閉型氮化鎵場效應(yīng)晶體管；第二個問題是，現(xiàn)有的適用于硅金氧半場效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動電壓無法直接用于常閉型氮化鎵場效應(yīng)晶體管，高電壓會損壞常閉型氮化鎵場效應(yīng)晶體管。但實際上，上述專利有各自重點解決的更具體的技術(shù)問題。以下通過各專利的改進點來進一步介紹。
解決技術(shù)手段：
如圖中所示，該專利族解決上述問題的基礎(chǔ)方案包括：（1）采用了RC電路121與高壓VH、低壓VL電源配合產(chǎn)生正負(fù)驅(qū)動電壓，（2）在柵極端加入了電壓鉗位電路122。
圖1
然而，根據(jù)我們上一期關(guān)于松下專利的介紹可知，臺達(dá)電子在2016年所提出的這兩個技術(shù)方案也并非是其首創(chuàng)的，因此，其專利中必然還有更多技術(shù)細(xì)節(jié)。
技術(shù)點1——電壓鉗位電路
關(guān)于電壓鉗位電路122，專利族中展示了多種不同的實現(xiàn)方式，包括二極管和/或齊納二極管，下圖中給出了采用兩個反向齊納二極管串聯(lián)構(gòu)成的電壓鉗位電路，該方案也正是中國同族專利CN111211691B獨權(quán)1所授權(quán)的技術(shù)方案。
圖2
技術(shù)點2——RRC電路
專利族中還展示了RC電路的多種變形實施例，通過在不同位置加入第二電阻構(gòu)成RRC電路，可以實現(xiàn)對過沖電壓以及下沖電壓的改善，如下圖所示，這些方案則是同族專利US10498324B2獨權(quán)所保護的主要點。
圖3
技術(shù)點3——單向?qū)ㄔ?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
在基礎(chǔ)方案的基礎(chǔ)上，專利族中的部分專利進一步在RC電路上并聯(lián)連接了諸如二極管的單向?qū)ㄔ?，有助于有效抑制柵極驅(qū)動信號的震蕩現(xiàn)象，進而避免開關(guān)元件的誤導(dǎo)通。代表授權(quán)專利包括US10826479B2，TWI686040B，TWI702798B。
圖4
技術(shù)點4——電容放電電路
該技術(shù)點是美國專利US10826484B2所保護的重點，其主要采用了如下圖中所示的波形轉(zhuǎn)換電路120，其中加入了隔離單向?qū)щ娖骷?24以及一個PNP晶體管Q1。隔離單向?qū)щ娧b置 124 單向提供高電平VH，而 PNP晶體管Q1則是在控制器提供低電平VH時被導(dǎo)通，使得電容C1能夠通過電阻R放電至低電平VL2。
圖5
以上就是臺達(dá)電子在該INPADOC同族專利中所涉及的一些技術(shù)改進點的介紹。可以看到，臺達(dá)電子所采用的策略是基于一個大的基本技術(shù)方案，在其基礎(chǔ)上再進一步加入不同的變形示例，并解決更具體的技術(shù)問題。這種專利布局策略一方面可以使得專利族內(nèi)的各個專利的方案都很豐富，另一方面也能讓后續(xù)專利享有在先更早的優(yōu)先權(quán)，都是能夠更有利于專利授權(quán)的。
專利族2
該專利族的最早優(yōu)先權(quán)日為2020年01月22日，包括兩件已授權(quán)專利US11463082B2
和TWI754522B，一件審查中的專利CN113162591A，三件專利目前同樣已被臺達(dá)電子轉(zhuǎn)移給了其子公司碇基半導(dǎo)體股份有限公司。
技術(shù)背景及問題：
該技術(shù)應(yīng)用于采用負(fù)電壓進行關(guān)斷的常閉型氮化鎵場效應(yīng)晶體管柵極驅(qū)動電路中，主要解決的問題在于如何防止柵極驅(qū)動電路在啟動過程中耦合來自其周圍電路的噪聲干擾，使得開關(guān)元件得以正確的被驅(qū)動。
解決技術(shù)手段：
如下圖所示，該專利在臺達(dá)電子原有的基礎(chǔ)電路架構(gòu)上增加了一個連接到晶體管柵極端的開關(guān)S3。在其給出的第一個方案中，開關(guān)S3僅于電路啟動時導(dǎo)通一次，隨后第三開關(guān)S3維持關(guān)斷狀態(tài)，工作過程如圖6所示
圖6
由于常閉型氮化鎵場效應(yīng)晶體管閾值較低的緣故，在圖7中沒有開關(guān)S3時，在柵極驅(qū)動電路啟動時，晶體管的柵源極電壓VGS直接變?yōu)檎妷?，更容易?dǎo)致噪聲耦合至柵極驅(qū)動電路，造成晶體管誤導(dǎo)通。而具有開關(guān)S3時，其在第一個周期內(nèi)導(dǎo)通，將柵極接地，此后使得用于導(dǎo)通晶體管的驅(qū)動信號直接從負(fù)電壓VGS開始啟動，避免了噪聲耦合帶來的誤導(dǎo)通問題。
圖7
另外，專利中還給出如下圖所示的另一種控制開關(guān)S3的方案，除了在驅(qū)動電路啟動的時間之外，開關(guān)S3在每次S2導(dǎo)通之后且S1導(dǎo)通之前的階段會被導(dǎo)通，使得晶體管的VGS電壓從負(fù)電壓恢復(fù)到低電平VL的狀態(tài)，且S3的導(dǎo)通時長可以被設(shè)計得比下圖中的更長（專利說明書中附圖5的補充方案）。雖然專利中未明確該方案的作用，但從其波形圖中可知，這樣控制一方面能降低晶體管導(dǎo)通瞬間的電壓變化率dv/dt，另一方面如果開關(guān)S3每次導(dǎo)通周期更長，則能降低驅(qū)動電路的功率損耗。
圖8
看到這，一些讀者可能就會發(fā)現(xiàn)這種構(gòu)思與英飛凌在GaN EiceDRIVER? IC中所采用的方法是相似的（關(guān)于英飛凌相關(guān)專利的介紹可參考文章末尾處的前期公眾號文章鏈接）。當(dāng)然，臺達(dá)電子的專利中電路實現(xiàn)方式不同，且主要功能仍然在于避免驅(qū)動電路啟動時的噪聲干擾。另外，該專利中還有更多的變形實例，考慮篇幅原因，在此就不再一一列舉了。
總結(jié)
從臺達(dá)電子的上述專利來看，其采用的專利布局策略是基于一個大的電路結(jié)構(gòu)框架，在各個具體的擴展電路上去改進，以專利族1為代表，這種方式可以使得這些專利作為同族專利共同享有同一個最早優(yōu)先權(quán)，另外也能彌補單個專利說明書內(nèi)容不夠豐富的缺陷，便于專利在審查中的修改。這種專利布局方式在很多公司研發(fā)出了核心產(chǎn)品技術(shù)時通常會采用到的，比如之前所介紹的納微半導(dǎo)體的專利布局策略也是如此。
另外，臺達(dá)電子在這種電路專利改進上還給出了一個很好示例，尤其以專利族2為代表。從專利族2的電路結(jié)構(gòu)上來看，其改進點僅僅是在原有方案上加入了一個開關(guān)S3，看似十分簡單，但專利重點在于開關(guān)S3的具體控制策略，在實施例中給出了多種控制策略，最后還展示了開關(guān)S3與RC電路位置的不同配合從而帶來不同的技術(shù)效果。由此可見，在電路相關(guān)的專利創(chuàng)新中，電路本身的改進并非一定相對于現(xiàn)有技術(shù)有多復(fù)雜，通過結(jié)合控制策略能夠使得方案更加完善，技術(shù)效果也更加明確。
作者簡介：
龐濱洋，超凡知識產(chǎn)權(quán)檢索分析師，具有7年知識產(chǎn)權(quán)從業(yè)經(jīng)驗，擅長集成電路領(lǐng)域的專利檢索與分析。
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