近年来,海洋战略已经上升为重大国家战略。氮化镓（GaN）芯片因其功率大的优势在海洋通信设备上得到广泛应用,海洋环境中的高水汽含量、盐雾严重影响芯片可靠性,需要对芯片进行严格气密封装。此外大功率GaN芯片封装时还需要可靠的热匹配性和散热性能。本文针对上述问题,设计了高热可靠性、高气密性的封装模型,并对所设计的模型特性进行研究,具体内容如下:首先,研究了GaN芯片的物理特性和各种封装材料的热特性和机械特性,创新地设计了梯度封装模型。梯度封装模型外部为高硅铝材料构成的封装腔体和盖板,内部为导热性能优良的氮化铝（Al N）基板和金锡焊料（80Au20Sn）。综合高硅铝材料的材料特性和气密封装要求,在封装腔体底部采用Al-70%Si,腔体第二层材料为Al-50%Si,减小了封装后芯片所受的热应力。盖板采用易于焊接的Al-27%Si材料,以此满足气密封装的要求。实现了GaN芯片气密封装条件下最好的热可靠性。其次,采用ANSYS软件对所设计梯度模型在循环温度载荷下芯片的热可靠性进行分析。并研究了梯度封装模型内部影响芯片热可靠性的因素,对不同基板材料、芯片基板面积比和基板与芯片间的焊料厚度进行了优化分析。研究结果表明:当基板使用Al N陶瓷,基板与芯片间焊料厚度为0.05mm,基板尺寸为9.8mm×9.8mm,芯片尺寸为3mm×3mm时,模型中芯片受到的热应力最小、热应变情况最好、热可靠性最高。最后,制作了实物模型,验证了封装的热可靠性和气密性。利用应变测量系统对模型中基板在温度载荷下的热应变和形变进行了测量。结果表明:基板所受的热应变、形变都很小,验证了模型的可靠性。将模型的腔体和盖板使用激光焊接系统进行焊接,随后用氦质谱仪进行气密性检测,实验测的两个实物模型的泄漏率分别2.80×10-9Pa·m~3/s和3.20×10-9Pa·m~3/s,达到GJB548A规定的气密性封装要求。综上,本文设计的梯度封装模型,实现了高热可靠性和高气密性,为大功率氮化镓芯片在海洋环境下的广泛应用提供了有力的技术支撑。