随着人们对更高性能电子产品需求的增长,加之国家提出以5G、大数据、人工智能等科技为创新驱动力,电子终端产品对高密度集成的追求愈加显著。在芯片性能不断提升、集成度不断提高、体积不断变小的同时,封装技术和材料也代代更新。由于Co及Co-P UBM（Under-Bump Metallization）基底与钎料具有良好的焊接性,可接受的润湿性,其界面IMC具有相对柔软的杨氏模量等优点,Co和Co UBM有望替代传统Cu UBM。有关成分、取向、结构与性能之间的联系是研究先进封装焊点服役过程中可靠性的关键之一,但针对Co及Co合金的此类研究鲜有报道,本论文对Co、Co-P UBM与无铅钎料界面反应深入研究,通过调控α-CoSn3-based晶胞的取向和掺杂浓度,从热力学和力学方面指导电子封装材料的性能优化,并通过实验研究元素掺杂对α-CoSn3 IMC的生长速率、相成分与取向的影响。本文首先利用第一性原理对α-CoSn3晶胞掺杂Ni、Cu、Zn、Ag、In原子,分别获得可能性多元合金体系的相结构。从成分和结构出发,预测材料在服役过程中可能发生的结构变化,并进行体系和成分区间的确认。结果表明,α-CoSn3-based晶胞在主晶轴[100]、[010]、[001]晶向上具有较大抵抗线性压缩的能力,其中,[100]晶向最小。此外,该晶胞在（100）、（010）、（001）晶面抵抗剪切变形的能力趋于一致,其中（100）抵抗剪切变形能力最大。各个掺杂相结构在-15e V～0e V能量区间分布有较多的d能级,费米能级处d能级数量减少,峰位向左偏移。0eV附近能级数目减少,材料的键合能力削弱,材料力学性能变得柔软。为从试验上验证不同浓度的掺杂相结构,对比研究了有限扩散和无限扩散Cu原子的IMC生长速度、相成分及取向,分别采用Co（-P）/Sn-x Cu有限扩散源互连偶结构和Co-P/Sn/Cu无限扩散源三明治互连结构,并利用P原子进行生长取向调控。结果表明,Cu在α-CoSn3晶胞的最大浓度约为4.5at.%。Co/Sn-0.7Cu界面中α-（Co,Cu）Sn3晶粒具有[010]和[001]晶体学择尤取向,Co-P/Sn-0.7Cu界面α-（Co,Cu）Sn3 IMC的择尤取向为[100],其在220℃下等温时效5h内的生长指数分别为0.849和0.493,分别略小于本征结构中的生长指数。有限扩散源下Cu原子掺杂造成α-CoSn3晶格畸变使得生成焓能量升高,从而在两种互连偶结构中阻止了α-（Co,Cu）Sn3 IMC生长。Co-P/Sn/Cu无限扩散源三明治结构中,Cu原子源源不断扩散生成η’-Cu6Sn5 IMC,穿过Sn焊料聚集于界面处并与α-CoSn3 IMC耦合,新生成的η’-（Cu,Co）6Sn5 IMC容纳更多的Co原子,宏观上α-（Co,Cu）Sn3 IMC变薄。Co-P/Sn/Cu结构中α-（Co,Cu）Sn3IMC的生长指数为0.115,生长机制属于晶界扩散。相比Co（-P）/Sn-0.7Cu有限扩散源互连偶,三明治结构中的Cu原子极大影响α-CoSn3-based IMC的生长速度。同时,P和Cu原子共同作用有效减缓界面α-CoSn3-based IMC的厚度增长速度,有助于提高微小焊点在热时效等条件下的可靠性。