理论定性分析促进理解发明

徐盛辉徐 玮陈 响

理论定性分析促进理解发明

徐盛辉★徐 玮★陈 响★

通过阅读专利申请文件中的权利要求书和说明书来理解发明，是理解发明的最通用的方法。专业知识的积累不足会导致对发明的理解不准确。本文通过检索现有技术，结合检索现有技术的整体状况，以该申请要解决的技术问题为导向，对该申请涉及的理论模型进行合理的简化、抽象，通过理论定性分析促进理解发明，这有利于准确把握发明构思、深入理解发明。这种理解发明的方法对理解涉及理论模型的专利申请，有一定的借鉴意义。

理论定性分析 理解发明 现有技术

在实质审查工作中，理解发明是审查员的核心工作，能否准确地理解发明关系到能否正确地开展审查工作。准确地理解发明是检索的基础，也是后续对发明新颖性、创造性作出“客观、公正”评价的前提。理解发明构思，选准对比文件有利于准确评价发明的创造性。①李祖布，等.理解发明构思，选准对比文件［G］//中华全国专利代理人协会.全面提升服务能力 建设知识产权强国：2015年中华全国专利代理人协会年会第六届知识产权论坛论文集.北京：知识产权出版社，2015.理解发明的一般方法为：首先，审查员通过阅读权利要求初步理解发明；然后检索现有技术，全面了解现有技术的状况，了解该申请在现有技术中的地位，通过检索加深对发明的理解；审查员站在申请人的角度还原发明过程，深刻地理解发明，准确把握发明构思；深入理解发明有助于检索到合适的对比文件，通过对比文件评价权利要求的“三性”，综合考虑说明书的内容，预测专利申请前景。

一、案例基本信息介绍

发明名称：超小型电感的制造工艺。

申请人：广州市麦新电子有限公司。

申请日：2011年4月21日。

从上述内容可以知道，该案例是广州市麦新电子有限公司于2011年4月21日向国家知识产权局提交的一件名称为“超小型电感的制造工艺”的发明专利申请。

二、初步理解发明

（一）权利要求是申请人权利主张的体现，也是审查工作的重点，因此，首先通过阅读该案例的权利要求书初步理解发明

1.一种超小型电感的制造工艺，包括工字型磁芯电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、磁胶包覆工艺，其特征在于：先在工字型磁芯两底面电镀一层金属层作为电极，然后将工字型磁芯放在点焊机的夹具上进行绕线，再采用便于自动化操作的点焊机直流电焊工艺进行点焊连接，最后用磁性环氧树脂胶包覆在电感线圈表层。

2.根据权利要求1所述的一种超小型电感的制造工艺，其特征在于：所述工字型磁芯电镀工艺是在工字型磁芯两底面电镀一层金属层作为电极，以压缩电感器高度。

3.根据权利要求1所述的一种超小型电感的制造工艺，其特征在于：所述绕线工艺是将工字型磁芯放在点焊机的夹具上进行绕线。

4.根据权利要求1所述的一种超小型电感的制造工艺，其特征在于：所述直流电焊工艺采用便于自动化操作的点焊机直流电焊工艺，通过点焊机夹具进行点焊，该工艺取代传统镀锡工艺，对产品本身损伤较小，能准确定位焊接部位，焊接后尺寸基本上与原材料规格相同，不使用任何焊料，直接将电能转换为瞬间热能。

5.根据权利要求1所述的一种超小型电感的制造工艺，其特征在于：所述磁胶包覆工艺用磁性环氧树脂胶包覆在电感线圈表层，达到闭磁的作用，提高电感性能，同时减少线材用量。

下面将用流程图的方式对权利要求1的内容作一个初步介绍（具体参见图1）。

从图1可以看出，权利要求1是通过电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、磁胶包覆工艺来实现电感的小型化。通过阅读权利要求2～5可以发现，权利要求2～5分别是对电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、磁胶包覆工艺作了进一步限定。至此，我们对发明形成一个初步的认识。

（二）阅读说明书，了解发明的技术领域、发明要解决的技术问题、发明采用的技术手段和达到的技术效果，进一步理解发明

通过阅读说明书可以知道：①发明的技术领域是电感器制造领域；②发明要解决的技术问题是：减小电感器尺寸，提高电感性能；③发明采用的技术手段是：通过电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、磁胶包覆工艺来实现电感的小型化；④发明达到的技术效果是：实现电感的小型化，提高性能，节约材料。

三、检索后深入理解发明

（一）检索现有技术，全面了解现有技术的状况

通过检索可以知道电感器通常可以分为插装电感器和片式电感器，片式电感器又可以分为层叠片式电感器和绕线片式电感器。如图2所示，插装电感器通过引脚50插接在电路板上实现功能；如图3所示，层叠片式电感器采用铁氧体浆料和导体浆料交替印刷、层叠、烧结，最终形成类似三明治的结构，这种电感器的生产工艺较为复杂；如图4所示，绕线片式电感器通过导线绕制在磁芯上，并将导线焊接在电极上，主要应用于表面贴装技术。

图2

图3

图4

（二）重点针对绕线片式电感器进行检索，深入了解绕线片式电感器小型化技术的发展脉络，了解该申请在现有技术中的地位

从技术手段、技术问题、技术效果的角度针对绕线片式电感器进行检索可以发现：如图5所示，最初电感器的磁芯外形为方形，需成对配合使用，因无法实现在磁芯柱上直接绕线，需使用骨架（如图5左侧的电感器），因此小型化受限制。随着技术的发展，电感器采用磁芯充当骨架和底座来实现小型化（如图5右侧的电感器）。

图5

在电感器不使用骨架后，为了进一步实现电感器的小型化，现有技术中出现了如图6所示的电感器，如图6左侧的电感器电极500设置在磁芯102的下面这样会增加电感器的高度，通过将电极的位置设置在磁芯的侧面（如图6右侧的电感器），可以减小电感器的高度实现小型化。

图6

除了通过设置电极的位置实现电感器的小型化外，现有技术中还出现了如图7所示的电感器，该电感器通过使用极度矮小的磁芯210、电极400、线圈300、磁帽100的配合来实现小型化。

图7

对于工字型磁芯的电感器，现有技术中出现了如图8所示的电感器，通过形成工字型磁芯21（步骤a）、在磁芯21的底面电镀金属电极25（步骤b）、将导线14绕在磁芯21上并焊接在电极25上（步骤c）、最后用树脂26包覆线圈（步骤d），来实现电感器的小型化。

图8

四、理论定性分析促进理解发明

上述现有技术是从技术手段、技术问题、技术效果的角度针对绕线片式电感器进行检索得到的，从检索结果可以看出，现有技术中实质上只有通过减小磁芯的高度来实现电感器的小型化。由于磁芯尺寸由高度和宽度决定，审查员面临的首个问题就是：现有技术中为什么实质上只有通过减小磁芯的高度来实现电感器的小型化？为了回答这个问题，首先将对电感器模型进行抽象。

该申请的电感器的磁芯是工字型磁芯，由于磁芯可以为方形、圆柱形等，为了研究方便不妨将磁芯假设为圆柱形，不考虑工字型磁芯的端部效应，可以将电感器抽象成如下模型（参见图9）。

图9

如图9所示，线圈缠绕在磁芯上形成基本的电感器模型。用h表示磁芯的长度，用R表示磁芯的半径，用N表示线圈的匝数，用μ表示磁芯的磁导率，用R0表示线圈的电阻，用r表示导线的半径，用f表示电感器的工作频率。

根据螺线管电感计算公式②王林章.螺线管电感的计算与测量［J］.电测与仪表，1982（11）：12.，电感器的电感L可以由如下公式表示：

其中K是形状系数，与R/h有关。当设计电感器的结构时，R/h的大小一般在合理的数值附近波动，故可以认为K是常数。

电感器的品质因数Q可以由如下公式表示：

通常情况，绕线的匝数比较密集，用l表示线圈的长度则：

于是，线圈的电阻R0可以由如下公式表示：

将式（4）代入式（2）可以得到：

该申请要解决的技术问题是：减小电感器尺寸，提高电感性能。电感器的尺寸由磁芯的高度h和半径R决定，电感器的性能由电感值L和品质因数Q决定。在设计电感器时，想提高电感值L和品质因数Q的同时，减小电感器的尺寸，从式（1）和式（5）可以看出，只能减小磁芯的高度h。这就解释了现有技术中为什么实质上只有通过减小磁芯的高度来实现电感器的小型化的问题。

经过上述理论定性分析可以知道，电镀工艺是通过在工字型磁芯两底面电镀一层金属层作为电极，以压缩电感器高度来实现电感小型化和提高电感性能的。绕线工艺是通过尽量密集缠绕导线，增大线圈的匝数N来提高电感性能。本领域技术人员很容易理解，直流电焊工艺的主要目的是实现导线与电极的较小损伤的焊接。

从图1可以看出，经过电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺可以制作出可以工作的电感器。由于电感器实际工作时存在漏感，现有技术中通常的做法是，采用磁环包覆线圈，如图10所示。

图10

用L0表示电感器的实际电感，用△L表示漏感，则：

从式（2）和式（6）可以看出，减小漏感可以提高电感值L0和品质因数Q。很显然，和使用磁环包覆线圈相比，使用磁性环氧树脂胶包覆线圈，磁性环氧树脂胶和线圈结合的更加紧密，可以减小漏感，从而节约包覆材料，降低成本。

假设电感器的电感设计目标为0.8μH，用磁环包覆线圈时漏感为0.4μH，设计时线圈产生的电感就需要1.2μH，假设线圈产生1.2μH的电感需要100匝线圈。使用磁性环氧树脂胶包覆线圈可以减小漏感，假设使用磁性环氧树脂胶包覆线圈时漏感为0.2μH，由于100匝线圈产生的电感依然为1.2μH，这时实际的电感为1.0μH比电感设计目标为0.8uH大0.2μH，这时可以将线圈产生的电感设计为1.0μH，假设线圈产生1.0μH的电感需要80匝线圈，具体如表1所示。经过上述分析，可以知道线圈的匝数从100匝减少为80匝，可以节约线材用量。

表1 不同包覆材料对应的电感

通过对电感器模型进行抽象，经过理论定性分析，我们得到电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、包覆工艺的作用，具体如表2所示。

表2 各制作工艺的作用

在了解电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、包覆工艺的作用之后，换位思考——审查员通过把自己“假想”成申请人，以现有技术为起点、以如何减小电感器尺寸和提高电感性能为问题导向、以改进现有技术中电感器减小电感器尺寸和提高电感性能为目标，还原申请人的发明过程，得到本申请，如图11所示。

图11

从图11可以看出，申请人是以现有技术为起点，通过研究发现现有技术的不足（电感器尺寸大），在此基础上提出如何减少电感尺寸、提高电感性能的问题，并以这个问题为发明动机，通过电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、包覆工艺来减少电感尺寸、提高电感性能。可见，通过换位思考，审查员可以把自己“假想”成申请人，站在申请人的角度还原发明过程，可以帮助审查员深刻地理解发明，准确把握发明构思。

五、该申请的前景预判

在深入理解发明之后，通过检索找到对比文件1（CN1187014A），对比文件1公开了一种线圈式电子零件及其制造方法，在磁芯430的端面形成电极434，将线圈4绕制在磁芯上，并将线圈的终端5焊接在电极上，采用例如铁氧体粉末、氧化铁粉末等磁性粉末混合在环氧树脂系列等的树脂材料中制成的材料6作为封装层包覆线圈4，具体如图12～13所示。

图12

图13

下面从技术领域、技术问题、技术手段、技术效果的角度将权利要求1与对比文件1的发明构思作比较，具体如表3所示。

表3 权利要求1和对比文件1发明构思对比表

从表3可以看出，对比文件1与权利要求1的技术领域、技术问题、技术手段、技术效果都相同，即对比文件1与权利要求1的发明构思相同。通过对对比文件1公开事实的认定，可以发现权利要求1相对于对比文件1和公知常识不具备创造性。综合考虑从属权利要求2～5和说明书的内容，判断该申请不具有授权前景。

六、小 结

本文通过如下步骤理解发明：①阅读专利申请文件的权利要求书、与权利要求书相关的说明书，初步理解发明；②从发明的技术领域（电感器制造领域）、发明要解决的技术问题（如何减小电感器尺寸，提高电感性能）、发明采用的技术手段（电镀工艺、绕线工艺、直流电焊工艺、磁胶包覆工艺）和达到的技术效果（减小电感器尺寸，提高电感性能）的角度检索现有技术，全面了解现有技术的状况，了解该申请在现有技术中的地位，通过检索加深对发明的理解；③结合检索现有技术的整体状况，以如何减小电感器尺寸和提高电感性能为问题导向，对该申请电感器模型进行合理简化、抽象，通过理论分析促进理解发明；④发现现有技术的不足，换位思考——审查员通过把自己“假想”成申请人还原申请人的发明过程，避免“事后诸葛亮”，深入理解发明；⑤在深入理解发明之后，通过检索找到对比文件1，通过比较对比文件与权利要求的发明构思、对对比文件1公开事实的认定，可以发现权利要求1相对于对比文件1和公知常识不具备创造性，综合考虑从属权利要求2～5和说明书的内容，判断本申请不具有授权前景。

通过对一个实际案例的总结，可以发现：对专利申请涉及的理论模型进行合理的简化、抽象后，通过理论定性分析可以准确、深入地理解权利要求中每个技术特征的作用以及技术特征构成的技术方案在整体上所起的作用。理论定性分析还可以帮助深入理解现有技术中解决与该申请相同技术问题的技术手段，准确把握该申请在现有技术中的地位，进而从整体上把握该申请的发明构思、深入理解发明。深入理解发明有助于迅速、准确地检索对比文件，有助于准确地对该申请和对比文件的事实进行认定，最终判断专利申请的授权前景。这种理解发明的方法对理解涉及理论模型的专利申请，有一定的借鉴意义。

国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心。