研究人员将注意力集中在不同的铜结构上。
封装系统集成商正朝着铜-铜模之间直接连接的方向发展，因为连接间距降低了，这使得用于连接异质封装中设备的焊料变得不太实际。
在热压粘合中，凸出的铜凸起与衬底上的衬垫结合。在混合键合中，铜垫镶嵌在电介质中，降低了氧化的风险。
然而，在这两种情况下，铜的表面扩散系数决定了键形成的速率和温度依赖性。铜在立方晶格中结晶，其暴露的表面对应于立方体的表面，一个与四个对角相交的平面，或一个与三个角相交的平面。晶体学家根据晶格的米勒指数分别标记这些面(100)、(110)和(111)。
图1:立方晶体中的平面。来源:维基共享
在铜中，氧化要慢得多，而扩散率则慢得多数量级更快: 1.22 × 105cm2/sec在250°C的(111)表面，但只有4.74×109Cm2 /sec在(100)表面，和3.56 x 10－10Cm2 /sec在(110)表面。台湾国立交通大学的jian - min Liu及其同事在连接(111)表面时，在低至150℃的温度下实现了牢固的连接，而定向较差的表面的最低连接温度接近350℃。典型的焊料回流焊工艺在250°C左右工作，许多临时粘合剂化合物是为该温度范围设计的。
(111)表面也提供了更高的原子密度，导致更强的键。该方向的晶粒比例小于25%的表面容易发生粘结失效。
表面取向取决于用于沉积铜特征的电镀工艺。应用材料工艺工程师Marvin Bernt解释说，宽而浅的特征没有明显的侧壁。特征的底部可以作为面向增长的模板。随着特征深度的增加，保形种子层有助于降低沿侧壁镀孔的风险。
不幸的是，生长中的铜层倾向于均匀地积聚在所有种子表面。从特征底部生长的柱状晶粒被从侧壁生长的晶粒切断。对于大于1.5的纵横比，这种“挤压”甚至会导致内部空洞。电镀过程需要平衡取向、沉积速率和无空洞增长之间的权衡。
颗粒大小和方向也受衬垫阵列内位置的影响，而与衬垫大小无关。边缘垫具有较小的颗粒，向数组内部增加。三星的SeokHo Kim和他的同事说，颗粒的方向取决于衬垫的大小和位置发现，可能是由于电镀过程中电流密度的变化。因此，实现所需的柱状晶粒取决于种层、电镀工具提供的电流波形和镀液的化学成分之间的相互作用。
当两个高度定向的表面相遇时，结果是显著的。Jing Ye Juang和他在国立交通大学的同事观察到的连续的晶格结构，消除了预结合界面。在拉力测试中，铜-铜界面比铜-硅键和样品与测试夹具之间的粘合剂更强。同样，电阻与大块铜的电阻相当。
成功的铜-铜结合取决于电镀工艺，可以提供一致的铜晶粒结构。虽然电镀在BEOL和TSV应用中已经得到了广泛的应用，但铜-铜键合的具体要求是新的。
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非常翔实的关于铜与铜键合的研究。