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用于集成电路器件的保护性封装

阅读:480发布:2020-05-21

专利汇可以提供用于集成电路器件的保护性封装专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于集成 电路 器件的保护性封装。一种封装集成电路IC器件的方法,其中,将管芯机械地接合到相应的互连 基板 上,引线接合所述管芯,以及将管芯密封到保护性的壳内这些传统的制造步骤被单一的制造步骤代替,该步骤包括 热处理 适当的部件组件,从而既为最终的IC封装中的所述管芯形成合适的电连接,又使得一个或多个模塑复合物将所述管芯密封到保护性 外壳 内。,下面是用于集成电路器件的保护性封装专利的具体信息内容。

1.一种封装的集成电路(IC)器件,包括:
第一封装基板
第二封装基板;
管芯,所述管芯在其第一侧附接到所述第一封装基板并且还在其相对的第二侧附接到所述第二封装基板,其中所述管芯被设置在由所述第一封装基板和所述第二封装基板所限定的外壳内;以及
模塑复合物体,所述模塑复合物体密封所述管芯并且在所述外壳内将所述管芯附接到所述第一封装基板和所述第二封装基板;
其中所述模塑复合物体包括:
第一层,所述第一层将所述管芯的第一侧附接到所述第一封装基板,所述第一层包括第一模塑复合物;以及
第二层,所述第二层将所述管芯的第二侧附接到所述第二封装基板,所述第二层包括不同于所述第一模塑复合物的第二模塑复合物。
2.根据权利要求1所述的封装的集成电路(IC)器件,其中所述模塑复合物体填充所述外壳内所述管芯和所述第一封装基板及所述第二封装基板之间的间隙。
3.根据权利要求1所述的封装的集成电路(IC)器件,其中所述模塑复合物体包括模塑复合物层,所述模塑复合物层在所述管芯的占用空间之外将所述第一封装基板和所述第二封装基板直接彼此附接。
4.根据权利要求1所述的封装的集成电路(IC)器件,其中所述第二封装基板包括多个导电通路,每一个被配置为将所述管芯电连接到附接于所述第二封装基板的外表面的相应的焊料
5.根据权利要求1所述的封装的集成电路(IC)器件,还包括多个焊料块,所述焊料块连接到所述第二封装基板,以将所述封装的集成电路(IC)器件电连接于电路板上。
6.一种封装集成电路(IC)器件的方法,所述方法包括:
(a)将多个管芯设置到第一封装基板的单片阵列的相应的多个开口中,所述第一封装基板被模塑复合物的第一层覆盖
(b)将覆盖有模塑复合物的第二层的第二封装基板的单片阵列设置到其上具有多个管芯的第一封装基板的单片阵列上,以形成具有用于管芯的外壳的组件,其中,相应的一个所述第一封装基板和相应的一个所述第二封装基板为相应的一个管芯形成相应的外壳;以及(c)通过热处理所述组件使得所述第一层和所述第二层为每一个管芯形成相应的模塑复合物体,以形成IC器件的单片阵列,所述模塑复合物体密封所述管芯并且将所述管芯附接到相应的外壳内的相应的一个第一封装基板和相应的一个第二封装基板。
7.根据权利要求6所述的方法,还包括:
将多个焊料块附接到所述第二封装基板以配置所述封装集成电路(IC)器件安装到电路板上。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括:
将具有附接到其的多个焊料块的IC器件的单片阵列分成单独的IC器件。
9.根据权利要求6所述的方法,其中:
所述第二封装基板包括多个导电通路,每一个具有一个延伸到所述第二层之外的可热塑的帽;并且
步骤(c)使得每一个可热塑的帽附接到所述管芯中的相应的接触焊盘,以在相应的导电通路和所述接触焊盘之间形成电连接。
10.根据权利要求9所述的方法,其中:
每一个管芯包括管芯基板、形成于所述管芯基板上的半导体器件层以及形成在所述半导体器件层上的金属互连结构;并且
所述金属互连结构包括一个或多个相应的接触焊盘。
11.根据权利要求6所述的方法,其中步骤(c)使得每一个相应的模塑复合物体填充相应外壳内的相应的管芯和相应的第一封装基板及第二封装基板之间的间隙。
12.根据权利要求6所述的方法,其中步骤(c)使得所述第一层和所述第二层熔化并且在所述管芯的占用空间外将所述第一封装基板的单片阵列和所述第二封装基板的单片阵列直接彼此附接。
13.根据权利要求6所述的方法,其中
所述第一层包括第一模塑复合物;并且
所述第二层包括不同于所述第一模塑复合物的第二模塑复合物。

说明书全文

用于集成电路器件的保护性封装

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路(IC)封装,以及更具体地涉及用于球栅阵列(BGA)的管芯或者类似的IC封装的保护性密封。

背景技术

[0002] 半导体管芯产品的最简单可用的形式被称为“裸片”。典型的,使用电子晶片或其他合适的半导体材料,通过一系列多个步骤的光刻以及化学处理步骤,相对大批量地生产这样的裸片,在所述步骤中逐渐地在晶片上制作集成电路。然后将每一个晶片切(切割)成很多个片(管芯),每一个管芯包舍被制造的功能电路的相应的拷贝。
[0003] 很多IC制造商购买或制造裸片,然后以特定的方式封装它们,以制造符合消费者规格的封装的IC器件。传统的裸芯片封装工艺可包括以下步骤:(i)在互连基板(例如重新分配层(RDL)、内插器或者引线框架)上安装管芯,并且将所述管芯接合或者机械附接到互连基板;(iii)引线接合所述管芯使其电连接到互连基板;以及(iv)在保护性的模塑复合物内密封所述管芯。
[0004] 在所述裸芯片封装工艺中,引线接合以及封装步骤是制造过程中大大地限制速率的步骤。因此,期望对传统裸芯片封装工艺进行改进,例如,以增加生产线的生产量。附图说明
[0005] 本发明的实施例通过举例的方式示出,并且不被附图所限制,附图中类似的标记表示相似的部件。附图中的部件以简单清楚的方式示出,而并不必按比例绘制。例如,为了清楚,可以放大层和区域的厚度。
[0006] 图1示出了根据本发明的实施例的封装的IC器件的示意的横截面的侧视图;
[0007] 图2A-2B示出了根据本发明的实施例用于图1中的封装的IC器件细件的供给部分(supply parts)的示意的横截面的侧视图;以及
[0008] 图3-9图示了根据本发明的实施例可以用于生产图1中封装的IC器件的制造方法。

具体实施方式

[0009] 此处公开了本发明的详细的说明性的实施例。然而,此处公开的特定结构和功能细节仅仅是有代表性地用于描述本发明示例实施例。本发明的实施例可以以很多替代的形式实现,并且不应该被认为仅仅限制于此处阐述的实施例。更进一步,此处使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例而并不是为了限制本公开的示例实施例。
[0010] 除非上下文清楚地指明外,此处所使用的单数形式“一”、“一个”以及“这个”意图包舍复数形式。还将理解术语“包含”、“包括”、“有”和/或“具有”指明所述特征、步骤或者成分的存在,但是并不排除一个或多个其他特征,步骤或成分的存在或增加。还应该指出,在一些替代的实施方式中,提到的功能/动作可以不按照附图捉到的顺序出现。
[0011] 本发明提供了一种封装IC器件的方法,在该方法中,将管芯机械地接合到相应的互连基板上,将所述管芯电连接到基板,以及将管芯密封到保护性的模塑复合物内这些传统的制造步骤被单一制造步聚代替,该步骤包括热处理适当部件的组件,从而既(i)为最终的IC封装中的所述管芯形成合适的电连接,又(ii)使得模塑复合物将所述管芯密封到保护性外壳内。
[0012] 在一个实施例中,本发明是一种封装的IC器件,包括第一封装基板;第二封装基板;管芯,所述管芯在其第一侧附接到所述第一封装基板并且还在其相对的第二侧附接到所述第二封装基板,使得所述管芯设置在由所述第一封装基板和所述第二封装基板所限定的外壳内;以及模塑复合物体,所述模塑复合物体密封所述管芯并且在所述外壳内将所述管芯固定到所述第一和第二封装基板。
[0013] 在另一个实施例中,本发明提供了一种封装IC器件的方法。该方法包括以下步骤:(a)将多个管芯放置到由模塑复合物的第一层覆盖的第一封装基板的单片阵列中的相应的多个开口内;(b)将由模塑复合物的第二层覆盖的第二封装基板的单片阵列放置到其上具有多个管芯的第一封装基板的单片阵列上,从而形成具有用于管芯的外壳的组件,其中,相应的一个所述第一封装基板和相应的一个所述第二封装基板为相应的一个管芯形成相应的外壳;以及(c)通过热处理所述组件使得所述第一和第二层为每一个管芯形成密封所述管芯并且将所述管芯附接到相应外壳内的相应的一个第一封装基板和相应的一个第二封装基板的相应的模塑复合物体,来形成IC器件的单片阵列。
[0014] 现在参考附图1,示出了根据本发明的实施例的封装的IC器件100的示意的横截面的侧视图。所述IC器件100包括以单片蛤壳式布置(monolithic clamshell arrangement)分别被夹在两封装基板130和140之间的管芯110。如图1所示,模塑复合物体150填充所述管芯110和所述封装基板130及140之间的所有间隙,由此在由封装基板130和140限定的外壳内的所有侧上密封所述管芯110。模塑复合物体150还在所述管芯110的占用空间的外侧将所述封装基板130和140直接地彼此附接或固定。
[0015] 在一个示例实施例中,所述管芯110包括管芯基板112、半导体器件层114以及金属互连结构116。可以通过传统方式在所述管芯基板112的表面上制造所述器件层114以及金属互连结构116。在一些实施例中,使用所述管芯110实现的电路可以是例如微控制器传感器或者电源控制器。
[0016] 在一个示例实施例中,所述封装基板140可以是,例如,多层的并且包括一些轨道层(在图1中并未明确示出),所述轨道层的每一个中具有金属轨道以及配置为将不同轨道层彼此电连接的金属通路。所述封装基板140的一些金属通路可被配置为每一个电连接金属互连结构116中的相应的接触焊盘,以及电连接附接在所述封装基板140的外表面142的相应的焊料。例如,图1示出了两个这种金属通路,分别标记为1441和1442,此处将其统称为通路144。更特定地,每一个金属通路144被配置为电连接金属互连结构116中的接触焊盘118和附接于外表面142上的焊料块146。本领域的普通技术人员应理解,在一替代实施例中,所述封装基板140可以具有很多类似于通路144的通路。一些实施例中,其他的一些金属通路可以被配置为每一个电连接封装基板140中相应的轨道层和附接于外表面142的相应的焊料块。
[0017] 在一替代实施例中,其他封装基板类型,例如各种传统的BGA基板,可以类似地用于封装基板140。例如,一些实施例中,所述封装基板140可以是或包括重新分配层(RDL)、内插器、层压板、接线板或者引线框架
[0018] 本领域的普通技术人员应当理解,在一些实施例中,除了所述管芯110,所述封装基板130、140可被配置为承载一个或多个附加管芯,例如,以类似于承载管芯110的方式。在IC器件100具有多于一个管芯的实施例中,所述封装基板140可被配置为提供管芯内以及管芯间电连接。
[0019] 图2A-2B分别示出了根据本发明的实施例的供给部分230和240的示意的横截面的侧视图,其可以用于的IC器件100(图1)的制造工艺。
[0020] 参照图2A,供给部分230包括所述封装基板130(图1)以及模塑复合物层232,如图2A所示,模塑复合物层232形成在或者沉积在封装基板130的表面上。用于层232的模塑复合物提供所述体150的至少一部分模塑复合物(图1)。在所述层232沉积到封装基板130上之后,所述部分230中的开口234具有能够使所述开口以相对紧的方式将所述管芯110接收和容纳之内的形状和尺寸(图1)。例如,在一个实施例中,所述开口234的从在所述开口234的边缘的所述层232的顶部开始测量的深度(参照图2A)基本上等于所述管芯110的厚度。相似的,所述开口234的占用空间可以与所述管芯110的占用空间基本上相同(在可接受的偏差内)。
[0021] 参照图2B,所述部分240包括所述封装基板140(图1)。所述部分240还包括模塑复合物层242,如图2B所示,模塑复合物层242形成在或者沉积在封装基板140的表面上。用于层242的模塑复合物提供了所述体150的剩下的一部分模塑复合物(图1)。在一个实施例中,所述层232(图2A)和所述层242(图2B)由相同的模塑复合物制成。在一替代实施例中,所述层232(图2A)和所述层242(图2B)由不同的模塑复合物制成。
[0022] 如图2B所示,所述金属通路144的末端可通过层242突出。所述金属通路144延伸到所述层242以外的部分可以被由合适的热塑导电材料制成的帽244覆盖。在一个示例实施例中,选择所述帽244的材料使得能够重塑该材料,例如,通过施加热量或者外部机械,使所述帽244附接到所述管芯110的金属互连结构116的相应的接触焊盘118,以在相应的导电通路和接触焊盘之间形成良好的电连接。例如,可以选择帽244的材料,使得能够在足够接近在IC器件100(图1)的制造处理期间成型所述层232和234的模塑复合物的温度的温度形成所述好的电连接。就几何形状而言,所述帽244可以被配置为基本上互补于所述金属互连结构116中的所述接触焊盘118的表面拓扑结构,以及/或者接近于所述接触焊盘118,金属通路144电连接到所述接触焊盘118以用于适当地操作所述IC器件100。
[0023] 图3-9图示了根据本发明的实施例可以用于生产IC器件100(图1)的制造或装配方法。图3-9所示的制造方法能够使用如以下进一步详细描述的合适的供给部分批量生产所述IC器件100。仅仅出于说明目的,在图3-9中示出了IC器件100的四个实例(拷贝)的制造。本领域的普通技术人员应该理解可以在一维或二维阵列中同时以类似的方式装配不同(不同于4)数量的IC器件100的实例。
[0024] 图3图示了根据本发明的实施例的制造方法的步骤300。步骤300使用了所述部分230(图2A)的单片阵列330。在图3所示的实施例中,所述单片阵列330显示为包括所述部分
230的四个实例,标为2301-2304。例如,可以通过使用包舍封装基板130的多个实例(拷贝)的晶片并且之后在所述晶片上沉积模塑复合物层332而制造所述单片阵列330。然后所述层
332的不同部分代表所述部分2301-2304的相应的层232。
[0025] 步骤300还使用模腔(也可参见图6A-6B)的底板302。操作机械臂310将所述单片阵列330放置到所述底板302的表面上,使得附接到所述底板302的定位销304插入所述单片阵列330的相应的孔(并未在图3中明确示出)中,以合适地将所述单片阵列330放置在所述底板304的表面上。在一些实施例中,出于该目的,可以使用不止一个类似于所述定位销302的定位销。
[0026] 图4A-4B图示了根据本发明的实施例的制造方法的步骤400。在步骤400中,在步骤300中制造的组件402(如图4A所示)用于制造如图4B所示的组件404。更具体地,可以操作如图4A所示的吸气臂410将标为1101-1104的所述管芯110的四个实例分别放置到所述单片阵列330中的所述部分2301-2304的开口2341-2344中。例如,图4A示出了将所述管芯1101放置到所述单片阵列330的开口2341中。可以按照类似的方式将所述管芯1102-1104放置到开口
2342-2344中以获得所述组件404(图4B)。
[0027] 图5A-5B图示了根据本发明的实施例的制造方法的步骤500。步骤500使用了部分240(图2B)的单片阵列540。在图5A-5B所示的实施例中,所述单片阵列540包括部分240的四个实例,标为2401-2404。因此,所述单片阵列540与在步骤300(图3)中使用的单片阵列330匹配并且几何互补。例如,可以使用包含多个所述封装基板140的实例(拷贝)的晶片并然后在所述晶片上沉积模塑复合物层542来制造所述单片阵列540。那么层542的不同部分代表所述部分2401-2404的相应的层242。
[0028] 如图5A所示,操作机械臂510将所述单片阵列540放置到所述组件404表面上。在该放置期间,将定位销304插入所述单片阵列540的相应的孔中(并未在图5A中明确显示)中,以引导将所述单片阵列540放置在所述组件404表面,由此形成如图5B所示的组件506。同样指出的是,一旦进行上述放置,所述单片阵列540的帽244被放置于紧邻所述组件404中的所述管芯110的相应的接触焊盘118的位置(还可参见图1和2B)。
[0029] 图6A-6B图示了根据本发明的实施例的制造方法的步骤600。在步骤600中,例如,如图6A所示,将模腔的盖602放置到所述组件506上。然后使所述盖602夹住(未示出)所述底板302以获得图6B所示的组件608。如图6B所示,组件608中的所述管芯1101-1104以及所述单片阵列330和540被适当地彼此对齐并且被封闭到包括所述基板302和所述盖602的模腔内。
[0030] 然后将所述组件608输送到加热室中,在加热室将其加热到能够在所述层332和542以及所述帽244内发生热固化反应的合适的温度。所述热固化反应使(i)层332和542熔合在一起,并且(ii)单片阵列330和540以及所述管芯110变得彼此紧紧地结合在一起以形成实质上单一的单片。所述热固化反应还使得所述帽244和其相应的接触焊盘118形成好的电连接,由此可靠地将后者和相应的金属通路144电连接(还可参见图1和2B)。
[0031] 图7A-7B图示了根据本发明的实施例的制造方法的步骤700。在步骤700中,如图7A所示,例如,通过从底板302上移除602,将所述模腔松开并拆卸。然后使用吸气臂710从所述底板302移除在步骤600的热固化反应期间形成的所述单片阵列712。如上所示的,所述单片阵列712包括彼此相互结合的单片阵列330,540以及管芯110(参见图7B)。
[0032] 图8图示了根据本发明的实施例的制造方法的步骤800。在步骤800中,在合适的位置将焊料块146附接到所述单片阵列712。
[0033] 图9图示了根据本发明的实施例的制造方法的步骤900。在步骤900中,将具有附接的焊料块146的单片阵列712分成(例如分割(singulate))四个实例(拷贝)的IC器件100,标为1001-1004。在一个实施例中,这种分离可以通过将所述单片阵列712锯成合适的片而获得。
[0034] 根据以上参照图1-9公开的示例实施例,所提供的是一种封装的IC器件(例如,100,图1),包括:第一封装基板(例如,130,图1);第二封装基板(例如,140,图1);管芯(例如,110,图1),所述管芯在其第一侧附接到所述第一封装基板并且还在其相对的第二侧附接到所述第二封装基板,其中将所述管芯设置于由所述第一封装基板和所述第二封装基板所限定的外壳内;以及密封所述管芯并且在外壳内将所述管芯附接到所述第一和第二封装基板的模塑复合物体(例如,150,图1)。
[0035] 在所封装的IC器件的一些实施例中,所述模塑复合物体填充所述外壳内所述管芯和第一以及第二封装基板之间的间隙。
[0036] 在任意上述封装的IC器件的一些实施例中,所述模塑复合物体包括模塑复合物层,所述模塑复合物层在所述管芯的占用空间之外将第一和第二封装基板直接彼此附接。
[0037] 在任意上述封装的IC器件的一些实施例中,所述第二封装基板包括多个导电通路(例如,144,图1),每一个被配置为将所述管芯电连接到附接于第二封装基板外表面(例如,142,图1)的对应的焊料块(例如,146,图1).
[0038] 在任意上述封装的IC器件的一些实施例中,所述模塑复合物体包括:第一层(例如,232,图2A),所述第一层将所述管芯的第一侧附接到所述第一封装基板,所述第一层包括第一模塑复合物;以及第二层(例如,242,图2B),所述第二层将所述管芯的第二侧附接到所述第二封装基板,所述第二层包括不同于所述第一模塑复合物的第二模塑复合物。
[0039] 在任意上述封装的IC器件的一些实施例中,所述封装的IC器件还包括多个焊料块(例如,146,图1),所述焊料块连接所述基板,以将所述封装的IC器件安装于电路板上。
[0040] 根据以上参照图1-9公开的另一个示例实施例,所提供的是一种用于封装IC器件(例如,100,图1)的方法,该方法包括以下步骤:(A)将多个管芯(例如,1101-1104,图4B)设置(例如,400,图4A)到由模塑复合物的第一层(例如,332,图3)覆盖的第一封装基板(例如,2301-2304,图3和4A)的单片阵列(例如,330,图3和4A)中的相应的多个开口(例如,2341-
2344,图4A)内;(B)将由模塑复合物的第二层(例如,542,图5A)覆盖的第二封装基板(例如,
2401-2404,图5A)的单片阵列(例如,540,图5A)设置(例如,500,图5A)到其上具有多个管芯的第一封装基板的单片阵列上,以形成具有用于管芯的外壳的组件(例如,608,图6B),其中,相应的一个所述第一封装基板和相应的一个所述第二封装基板形成相应的一个管芯的相应外壳;以及(C)通过热处理所述组件使得所述第一和第二层对每一个管芯形成密封所述管芯并且将所述管芯附接到相应外壳内的相应的一个第一封装基板和相应的一个第二封装基板的相应的模塑复合物体(例如,150,图1)而形成IC器件的单片阵列(例如,712,图
7A-图7B)。
[0041] 在上述方法的一些实施例中,所述方法还包括步骤(D):将多个焊料块(例如,146,图1和8)附接到(例如,800,图8)所述第二封装基板以配置所述封装的IC器件安装到电路板上。
[0042] 在任意上述方法的一些实施例中,所述方法还包括步骤(E):将附接有多个焊料块的IC器件的单片阵列分成(例如,900,图9)成单独的IC器件。
[0043] 在任意上述方法的一些实施例中,所述第二封装基板包括多个导电通路(例如,144,图1),每一个具有一个延伸到所述第二层之外的可热塑的帽(例如,244,图2B);并且步骤(C)的热处理使得每一个可热塑的帽附接到所述管芯中的相应的接触焊盘,以在相应的导电通路和所述接触焊盘之间形成电连接。
[0044] 在任意上述方法的一些实施例中,每一个所述管芯包括管芯基板(例如,112,图1),形成于所述管芯基板上的半导体器件层(例如,114,图1),以及形成在所述半导体器件层上的金属互连结构(例如,116,图1);并且所述金属互连结构包括一个或多个相应的接触焊盘。
[0045] 在任意上述方法的一些实施例中,步骤(C)的热处理使得每一个相应体填充相应外壳内的相应的管芯和相应第一及第二封装基板之间的间隙。
[0046] 在任意上述方法的一些实施例中,所述步骤(C)的热处理使得所述第一和第二层熔化,并且直接在所述管芯的占用空间外使所述第一封装基板的单片阵列和所述第二封装基板的单片阵列彼此附接。
[0047] 在任意上述方法的一些实施例中,所述第一层包括第一模塑复合物;并且所述第二层包括不同于所述第一模塑复合物的第二模塑复合物。
[0048] 已经提供了示范性的实施例,其中所述实施例涉及BGA封装。然而本发明并不局限于BGA封装。替代的实施例可以包括其他类似的IC封装,例如插针网格阵列封装(PGA)以及栅格阵列(LGA)封装。
[0049] 还将理解,本领域内技术人员可作出为了解释本发明的性质而描述过和阐述过的部件的细节、材料和配置方面的各种变化,而不脱离所附权利要求书中表达的本发明的范围。
[0050] 这里提及的“一个实施例”或“实施例”是指结合所述实施例描述的特定的特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中多处出现的短语“在一个实施例中”,既不是必然都指同一实施例,也不是必然与其他实施例相互排斥的单独的或者替代的实施例。这同样适用于术语“实现方式”。
[0051] 除非另外明确声明,每个数值和范围应被解释为近似的,如同在所述值或范围的值之前有“大约”或“近似”这样的词。如在本申请中所使用的,除非明确的指出,术语“连接”意在包括元件之间的直接连接和间接连接。
[0052] 同样为了描述的目的,术语“耦合”、“耦接”、“被耦合”、“连接”、“联接”或“连接的”是指本领域已知或将来开发的允许能量在两个或更多元件之间传递的任何方式,并且可以设想插入一个或多个附加元件,但是这不是必需的。术语“直接耦合”、“直接连接”等暗示连接的元件通过导体相连或连接以用于传递能量。
[0053] 权利要求中附图数字和/或附图标记的使用是为了标识所要求保护的主题的一个或更多个可能的实施例,以便于对权利要求的解释。这种使用不应理解为将权利要求的范围限定到相应的附图中所示的实施例。
[0054] 虽然以具有相应标签的特定顺序叙述所述方法权利要求中的步骤,但是除非权利要求叙述中另外暗示了用于实施这些步骤中的部分或全部的特定顺序,否则这些步骤不是必然地被限制为以所述特定顺序实施。
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