物联网及人工智能下,为满足轻量化、便携化、快速运算及多功能化的需要,电子产品在小型化的同时要求器件的集成密度越来越高。由于集成电路硅芯片技术的发展,封装技术从二维封装过渡到三维封装。三维封装中会造成比二维封装结构内更高的焦耳热效应,使微小焊点中界面金属间化合物（IMC）的形核和生长变得更加敏感。尤其是IGBT等大功率器件在服役时,微互连发热端和散热端之间形成巨大温度差,使焊点承受极大的温度梯度,导致传统Cu-Sn焊点在热时效和热迁移耦合下的快速失效。Co和Co-P可作为Cu或Ni封装芯片底部金属层（UBM）的补充,在改善焊点高温下的长期可靠性方面具有一定的优势,但其在大温度梯度下界面IMC的生长规律应尚未见研究。因此,研究极端温度梯度下（Co和Co-P）/无铅焊点界面IMC的生长规律、控制界面IMC的生长,是提高焊点可靠性、选择新型微小焊点的重要途径,对解决功率器件微小焊点在大温度梯度下的快速失效问题具有重要意义。本文先以Co/Sn、Co-P/Sn焊点结构为研究对象,在220℃及230℃下进行界面反应,分析界面CoSn₃ IMC的生长演变规律。在此基础上选择了P含量为5at.%的Co-P UBM制备Co-P/Sn/Co-P、Co-P/Sn0.5Cu/Co-P及Co-P/SAC105/Co-P微互连,分别在1110℃/cm和1620℃/cm下进行热时效和热迁移耦合实验,分析界面组织生长演变规律及机理,建立温度梯度下界面IMC的生长模式,评估新型Co-P/无铅焊点的可靠性及应用前景。Co/Sn和Co-P/Sn在等温时效下的界面反应研究,结果表明:P含量为13at.%和20at.%时,Co-P/Sn界面反应形成较厚的连续片状CoSn₃,导致塑性相β-Sn的变形能力无法发挥,使焊点脆化。Co/Sn和Co-5at.%P/Sn界面反应形成较薄的致密层状IMC,其中Co-5at.%P/Sn中形成弥散分布的CoP₂和SnP_0.94,以及优选生长取向[100]的CoSn₃晶粒,极大地增强了界面IMC的稳定性及扩散阻挡性能,这对于改善微焊点的耐冲击性、抗跌落性、长期可靠性以及高温下的可靠性具有重要的研究价值,因此将Co-5at.%P UBM作为温度梯度加载实验的研究对象。选择Co-5at.%P UBM研究了Co-P/Sn/Co-P、Co-P/Sn0.5Cu/Co-P及Co-P/SAC105/Co-P在大温度梯度下界面IMC的生长行为及机制。结果表明:在温度梯度下,三种焊点均发生热迁移效应,并且随着温度梯度增大,热迁移效应更强,界面IMC的非对称生长更显著,三种焊点中界面IMC的增厚均主要来自于CoSn₃的生长。Co-P/Sn/Co-P中,仅有单晶β-Sn对热迁移起一定阻碍作用,热迁移效应最强;Co-P/Sn0.5Cu/Co-P中,除（Cu,Co）Sn₃覆盖在界面CoSn₃表面阻碍热迁移之外,焊料中β-Sn对热迁移也起一定阻碍作用,热迁移效应较弱;Co-P/SAC105/Co-P中,Ag₃Sn网状分布在焊料中极大削弱了热迁移,热迁移效应最弱。因此,就焊点热迁移效应而言:Co-P/Sn/Co-P>Co-P/Sn0.5Cu/Co-P>Co-P/SAC105/Co-P。但是,Co-P/Sn0.5Cu/Co-P中（Cu,Co）Sn₃连续分布于界面CoSn₃上,减少了CoSn₃与焊料中Sn的直接接触,大大减小了界面CoSn₃的生长速率。因此,就界面IMC生长速度而言:Co-P/Sn/Co-P>Co-P/SAC105/Co-P>Co-P/Sn0.5Cu/Co-P。此外,Co-P/Sn0.5Cu/Co-P微互连中可能发生Cu偏聚而生成粗大Cu₆Sn₅/CoSn₃结构,但实验证明该结构在温度梯度作用下为稳定结构,对焊点的可靠性影响不大。