Cu-Cu混合键合的核心问题，正在从仿真不准，转向测量看不见。

互连尺寸从微凸点的几十微米压缩到Cu-Cu混合键合的2微米以内，互连密度、电性能和机械强度同时提升，但热应力问题没有同步消失，而是被进一步放大并扩散到硅基底与TSV结构中。退火过程中，Cu（CTE≈16.7ppm/K）与Si（CTE≈2.6ppm/K）之间的膨胀差异持续驱动应力生成与释放，形成循环累积过程。已有方法主要依赖仿真，但界面真实应力分布、KOZ变化和局部梯度无法被直接验证，这使得可靠性问题长期停留在“可推测但不可观测”的状态。

01｜应力问题没有变弱，只是从界面扩散到了系统

Cu-Cu混合键合降低了温度与压力，但应力并未因此降低，而是改变了分布路径。

应力从“焊点局部集中”转移到“界面+基底扩散”，且硅成为主要承载体。

在退火阶段，CTE不匹配驱动热应力生成；随着时间推进，Cu发生塑性形变，对应力进行部分释放；进入冷却阶段，应力再次累积并固化为残余应力。这一过程在键合界面完成，但结果并不局限于界面。

          应力向硅基底扩散，并叠加到TSV已有应力场中，直接改变KOZ范围，使器件布局受到限制。KOZ不再是单一TSV定义的静态区域，而开始受键合应力影响发生重塑。

KOZ仍然存在，但开始依赖键合应力分布条件。

02｜真正的瓶颈从“应力产生”转向“应力不可见”

热应力的来源和路径已经清晰，但测量能力长期滞后。

传统路径依赖仿真，能够给出趋势，但缺少真实结构中的空间分布验证。尤其是在Cu pad周围、TSV邻域以及KOZ边界，局部应力梯度和周期性变化难以捕捉。

问题的约束发生转移：

系统约束从“如何降低应力”转移到“如何获得真实应力分布”，且后者成为新的瓶颈。

新的测量方案通过结构改造打开路径：将Si基底替换为玻璃基底，使激光能够穿透进入Si内部，实现拉曼应力成像。玻璃在测量频段内光学透明，且不会改变Si拉曼峰位置，保证测量有效性。同时，共焦拉曼只采集焦平面信号，使空间分辨率达到微米级。

          这带来两个关键变化：

· 非破坏测量成为可能

· 三维结构内部应力开始具备可视化能力

03｜应力开始被“看到”，但分布呈现新的结构特征

当测量能力建立之后，应力分布呈现出此前难以确认的结构。

在键合前，Si中应力接近0；键合后，应力在Cu bump附近显著增强，并以空间梯度形式向外衰减。

          测量结果显示：

· Si中残余应力以拉伸应力为主

· 应力集中在Cu bump周围区域

· 相邻Cu bump之间形成周期性应力分布

· 应力呈现清晰空间梯度，而非随机分布

          应力开始从“界面现象”转变为“空间场结构”，且呈现周期性与梯度叠加特征。

这一点非常关键。应力不再只是一个“大小问题”，而是一个“分布问题”。KOZ的边界不再由单一TSV或单点应力决定，而取决于多个应力场叠加后的空间结果。

04｜尺度变化正在改变应力交互方式

随着TSV尺寸从4μm缩小到1μm，应力行为出现新的趋势：

· 最大应力值下降

· 相邻TSV之间的应力耦合减弱

这意味着：

当结构尺度下降时，应力峰值下降，但空间分布复杂度开始主导系统行为。

          换句话说，应力问题并没有消失，而是从“强度问题”转向“分布与耦合问题”。设计挑战不再只是降低峰值，而是控制空间叠加与干扰。

结尾

混合键合带来的不是应力消失，而是应力路径重排；测量能力的引入，使应力从不可见变量转变为可观测场。当前已经成立的是：Si中拉伸残余应力及其空间梯度结构；正在变化的是：KOZ边界与器件布局开始依赖真实应力分布而非仿真假设。

应力问题没有被解决，它只是从“无法验证”进入了“可以被重新定义”。

来源：《半导体产业报告》

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