李湛明：750V GaN将率先替代IGBT，全GaN IC技术破解可靠性难题

随着800V高压平台的加速落地，汽车对高效、高功率密度功率器件的需求持续攀升。在第三代半导体领域，氮化镓（GaN）凭借其在消费电子快充领域的规模化应用早已声名鹊起，然而在严苛的车规级功率电子版图中，GaN的渗透才刚刚拉开序幕。

如何在保证车规级极高可靠性的同时，突破GaN在大电流、高电压领域的先天瓶颈？近日，记者有幸采访了苏州量芯微电子有限公司（以下简称“量芯微”）董事长、总经理及首席技术官李湛明博士，深度解析量芯微如何以独特的“全GaN集成电路”与“先进封装”协同策略，打通GaN“大规模上车”的最后一公里。

筑基：效率与小型化，增强型GaN的差异化价值

GaN在新能源汽车的功率版图中的定位，李湛明博士表示：“未来汽车功率电子领域，GaN（尤其是增强型E-mode GaN）将发挥越来越重要的核心作用。”

长期以来，行业内对GaN与SiC、IGBT等器件的定位多有讨论。李湛明指出，与耗尽型（D-mode）GaN、SiC、超结MOSFET以及传统IGBT相比，增强型GaN在当前拥有最优秀的功率开关性能指标（Power Switching Figure of Merit）。这种绝佳的物理特性赋予了它支持更高开关频率的能力，进而能实现极高效率的电能转换。

李湛明解释道，对于驱动逆变器而言，更高的开关频率不仅能显著降低系统开关损耗，更能支持更多极对数（multi-pole）的电机设计，大幅提升电机的转矩密度（Torque Density）。“最终，它将直接推动驱动电机向小型化和轻量化演进，这也是GaN赋能未来新能源汽车的核心价值所在。”

破局：自研“全GaN集成”，化解可靠性硬伤

尽管性能优势瞩目，但车规级应用对安全与可靠性有着近乎严苛的指标，这也是GaN长期未能大规模上车的关键困难之一。

传统增强型GaN的开启电压通常只有约1.5V，栅极驱动范围仅为6V。在汽车驱动逆变器这类高噪声、高可靠性系统中，微小的电压波动就可能引发误导通或误关断，带来致命的系统风险。

针对这一行业通病，量芯微的核心技术路线展现了极强的创新前瞻性。“我们的策略是通过全GaN集成电路（All-GaN IC）技术，解决系统兼容性与可靠性问题。”李湛明介绍道。

量芯微自主研发了全GaN栅极稳压集成电路，通过单片GaN集成（Monolithic Integration）的方式，成功将器件的开启电压提升至约3.8V，并将栅极驱动能力扩展到20V。

这一突破，让GaN器件能够高度兼容现有的IGBT和SiC系统。更重要的是，由于采用单片集成，整个过程完全不牺牲GaN本身优异的高速开关性能。在保证抗干扰能力的同时，实现了更高的系统效率和功率密度，在电气性能与封装结构上均具备颠覆性优势。

跃迁：逐步跨越“高压”与“大电流”的挑战

在李湛明看来，高压与大电流是GaN从实验室走向量产上车两个最为突出的瓶颈。

高压

高压方面，主流增强型GaN多采用GaN-on-Si工艺，硅衬底在高电压下容易击穿；若换用蓝宝石等绝缘衬底，虽然能改善击穿，却又容易引发横向电场分布导致的动态导通电阻增加，即所谓的电流崩塌问题。

李湛明透露，量芯微通过多项自主专利技术，包括前述的全GaN集成电路技术，成功在GaN-on-Si平台上实现了高击穿电压与稳定动态导通电阻的得兼。

大电流

大电流方面，新能源汽车驱动逆变器动辄需要数百安培的大电流单芯片，而GaN-on-Si、GaN-on-Sapphire及GaN-on-AlN等衬底方案都容易受到材料机械缺陷的制约，难以制造超大电流单芯片，这也导致GaN长期以来主要局限于消费电子等小电流应用场景。

量芯微的突破路径是将芯片设计与先进封装进行协同优化。据李湛明透露，公司已在消费级GaN晶圆基础上成功实现超过500A的大电流单芯片，且保持接近100%的晶圆良率。“这一高良率不仅降低了制造成本，也为后续实施更加严格的车规级筛选和可靠性验证提供了充分空间。”

前瞻：先替IGBT、后逐SiC，开启两阶段战略规整

随着技术的突破和成本的下探，GaN与SiC、IGBT之间的竞争边界正在悄然发生位移。

李湛明博士分享了对中长期市场格局的敏锐洞察：“几年前，业内普遍认为GaN成本太高，无法替代IGBT。但近年来中国650V GaN产业竞争加剧，其价格已逐渐逼近同等电流等级的IGBT。成本的快速下降让一个新趋势正在发生：未来750V GaN率先替代IGBT的速度，将明显快于1200V GaN替代SiC的速度。”对于1200V应用场景，李湛明坦言，GaN最大的挑战仍然是高温长期可靠性。

面对这一历史性窗口期，量芯微已经制定了清晰的“两步走”战略规划：

短期推进

依托自主大电流GaN单芯片技术，加快完成车规级可靠性认证，全面推动750V GaN在400V新能源汽车平台中逐步替代传统IGBT。

中长期深耕

持续攻坚1200V GaN-on-Si技术，开发具有优异高温长期可靠性的500A级单芯片产品，在1200V新能源汽车及工业电力电子市场逐步扩大份额。

结语

在采访的尾声，作为深耕第三代半导体多年的行业专家，李湛明博士对中国GaN产业的当下与未来进行了总结。他认为，中国GaN产业已经正式步入产业化的快速发展期。

李湛明表示，短期内，随着750V增强型GaN器件可靠性的持续成熟，真正需要突破的瓶颈将逐渐从器件本身转向“系统级应用”。长期来看，1200V GaN仍需在高温长期可靠性等关键技术上取得突破，届时将真正步入与SiC正面竞争的新阶段。而眼前，量芯微正在用全GaN集成电路技术和超大电流单芯片方案，为GaN争取一张“大规模上车”的入场券。