JP2008542744A - 無線通信半導体チップを有する組立体。 - Google Patents

Abstract

半導体チップ（CHP）及び半導体チップドライバ（RDR）は、無線様式で互いに通信する。そのために、半導体チップドライバ（RDR）は、半導体チップ（CHP）のトランスデューサ領域（AT1; AT2）に集中するエネルギー流束（FX1; FX2）を発生する。半導体チップ（CHP）において、無線通信インターフェース（WCI）は、エネルギー流束（FX1; FX2）に応答して信号処理回路に電気信号を提供する。信号処理回路は、エネルギー流束（FX1; FX2）が集中するトランスデューサ領域（AT1; AT2）から十分に離れている領域（AS）を占有する。

Description

本発明の態様は、互いに無線様式で通信することができる半導体チップ及び半導体チップドライバを有する組立体に関する。例えば、半導体チップは生体物質中の特定の生体成分の存在を検出するためのバイオセンサ回路を有することができる。本発明の他の態様は、半導体チップ、半導体チップドライバ、半導体チップとの無線通信を確立する方法、物質分析システム、及び物質分析カートリッジに関する。

URL"http://www.gpigaming.com/sas_products_rfid.shtm"はRFIDチップに関するウェブページを特定する（URLはUniform Resource Locatorの頭字語、RFIDはRadio Frequency Identification Deviceの頭字語である）。このWebドキュメントは、2005年5月9日に以下を述べた。読取り機が、RFIDチップと通信するために必要である。RFIDチップと読取り機との間の通信は次の通りである。入力命令によってトリガーされ、C.P.U.は、電磁場を発生するために読取り機アンテナに行く電子信号を読取り機基板に発生させる。各々のRFIDチップの埋設されたアンテナは、この電磁場を受け取って、その集積回路を起動させるためにそれをエネルギーに変える。それから、読取り機及びチップは無線周波数波を使用して情報を交換することができる。データ（固有のシリアル番号、チップ額面、...）は、最終的に処理され、又はデータベースに送られることができる。この処理は自動的かつ100%正確なチップの勘定を提供する。

本発明は以下の態様を考慮する。無線様式で互いに通信することができる半導体チップ及び半導体チップドライバは、概して、以下を達成するように配置される。半導体チップは、半導体チップドライバと通信するために特定の位置にある必要はない。半導体チップは、有効到達エリアの範囲内で任意の位置で半導体チップドライバと通信することができる。RFIDシステムはこのように配置される。RFIDシステムにおいて、一般に読取り機と呼ばれる半導体チップドライバは、有効到達エリアの全体にわたって分布する電磁界を発生する。半導体チップシステムは、一定の表面積に及ぶアンテナによって電磁界を受け取る。アンテナの表面積が大きくなるほど、所与の電磁場強度に対する有効到達エリアは大きくなる。

RFIDシステムのための半導体チップは、外部アンテナの代わりに埋設されたアンテナを備えていることができる。半導体チップ表面の実質的に全体が電磁界を電気信号に変換することに寄与するように、埋設されたアンテナは可能な限り大きくなくてはならない。すなわち、半導体チップ表面の実質的に全体がトランスデューサ領域を形成しなければならない。さもなければ、有効到達エリアはあまりに小さく、又は電磁界が非現実的に強い必要があり、又は両方とも必要でさえある。

無線様式で互いに通信することができる半導体チップ及び半導体チップドライバは、識別システム（例えばRFIDシステム）以外のシステムに有利に用いられることができる。例えば、そのような無線通信チップ-ドライバ組立体を、半導体チップが測定回路を有する測定システムに有利に用いることができる。半導体チップを分析すべき物質に接触させる。半導体チップが無線様式で半導体チップドライバと通信することができるので、半導体チップドライバと分析すべき物質との間のいかなる物理的接触も回避されることができる。半導体チップだけが分析すべき物質と物理的に接触することを必要とする。これは、より正確な測定結果を可能にする。

測定システムにおいて、無線通信チップ-ドライバ組立体は、識別システムと同様に配置されることができる。その場合、半導体チップ上に存在する測定回路は、半導体チップドライバが発生するエネルギー場にさらされる。エネルギー場は、測定回路が実行する測定を妨害する可能性がある。この妨害は非常に厳しく、測定システムは、測定回路を有する半導体チップと外部回路との間に物理的接触がある測定システムの結果よりも精度の低い測定結果を提供する場合がある。その場合、無線通信はより正確な測定結果に関していかなる利点ももたらさない。半導体チップ上に存在する測定回路が、例えばサブマイクロボルトの電圧のような比較的小さい振幅のアナログ信号を処理する場合、これは特に真実である。

本発明の一態様によれば、半導体チップ及び半導体チップドライバは、無線様式で互いに通信する。そのために、半導体チップドライバは、半導体チップのトランスデューサ領域に集中するエネルギー流束を発生する。半導体チップにおいて、無線通信インターフェースは、エネルギー流束に応答して信号処理回路に電気信号を提供する。信号処理回路は、エネルギー流束が集中しているトランスデューサ領域から十分に離れている領域を占有する。

本発明によると、半導体チップドライバは半導体チップのトランスデューサ領域に集中するエネルギー流束を発生する。半導体チップにおいて、無線通信インターフェースは、エネルギー流束に応答して信号処理回路に電気信号を提供する。信号処理回路は、エネルギー流束が集中しているトランスデューサ領域から十分に離れている領域を占有する。

したがって、本発明は、信号処理回路が半導体チップ上で占有する領域にエネルギー流束が及ぶことを防ぐ。信号処理回路は、したがって、半導体チップ及び半導体チップドライバが無線様式で通信する際に用いるエネルギー流束に実質的にさらされない。エネルギー流束は、信号処理回路が処理する信号に実質的に干渉しない。これらの信号は、比較的小さい場合がある。したがって、信号処理回路は、例えば測定結果のような正確な信号処理結果を提供することができる。さらに、本発明は、信号処理回路と当該信号処理回路と共同する外部回路との間の電気絶縁を提供する。これは干渉のない動作にさらに寄与する。それらの理由のために、本発明は比較的正確な信号処理結果を可能にする。

本発明の他の利点は、以下の態様に関する。１つ及び他の電気回路間のいかなる電気的接触も、腐食して一定期間後に誤動作を生じさせる可能性がある。さらに、電気的接触は機械ストレスにさらされる場合があり、それは一定期間後に電気的接触を欠陥にする場合がある。接触不良が発生する可能性がある。半導体チップ及び半導体チップドライバが無線様式で通信するので、２つの上述の構成要素の間にいかなる電気的接触も必要がない。それらの理由のために、本発明は比較的高い信頼性を可能にする。

これらの及び他の、本発明の態様は図面を参照して以下に更に詳細に説明される。

図1は、半導体チップに実装されることができる無線バイオセンサWBSを示す。無線バイオセンサWBSは、バイオセンサ回路BSC及び無線通信インターフェースWCIを有する。バイオセンサ回路BSCは、検出回路DTC、誘導素子IEL及び磁気抵抗センサMRSを有する。無線通信インターフェースWCIは、４つのコイルL1、L2、L3、L4、及び４つのインターフェース回路IC1、IC2、IC3、IC4を有する。

バイオセンサ回路BSCは全体的に次のように機能する。検出回路DTCは電流IIELを誘導素子IELに印加する。電流IIELは誘導素子IEL中を流れて電磁界を発生する。電磁界は、磁気抵抗センサMRSを横切る。磁気抵抗センサMRSに比較的接近した磁性粒子は、磁気抵抗センサMRSを横切る電磁界の特性に影響する。その結果、磁気抵抗センサMRSは、比較的接近した磁性粒子の存在に依存するインピーダンスを持つ。磁気抵抗センサMRSは、検出すべき特定の生体成分に選択的に結合する結合構造を備えている。例えば、検出すべき生体成分は、特定の分子構造（例えばDNA、タンパク質、アミノ酸、又は薬であることを示す分子）であることができる。

検査すべき生体物質はバイオセンサ回路BSCに適用される。生体物質は、例えば、血液若しくは唾液、又は任意の他の体液であることができる。検出すべき生体成分は、磁気抵抗センサの表面及び磁性粒子に選択的に結合する。したがって、磁気抵抗センサMRSのインピーダンスは、検出すべき生体成分の存在に依存する。検出回路DTCは、磁気抵抗センサMRSのインピーダンスを検出し、結果として上述の生体成分の存在を検出する。更なる詳細は、本願明細書に引用したものとする特許出願番号（整理番号 PHNL030949）中に見つかる。

無線通信インターフェースWCIは、バイオセンサ回路BSCが、半導体チップの一部を形成しない回路である外部回路と通信すること可能にする。さらに、バイオセンサ回路BSCは、無線通信インターフェースWCIを介して電力供給信号を受ける。

例えば、コイルL1が比較的強い電磁界を受け取ると仮定する。それに応答して、インターフェース回路IC1は、電力供給成分を有するインターフェース信号S1を発生する。そのために、インターフェース回路IC1は、例えば整流器及び定電圧回路を有することができる。他のインターフェース回路IC2、IC3、IC4は、同様に構成されることができる。したがって、他のインターフェース回路IC2、IC3、IC4は、それぞれ、各々が電力供給成分を有するインターフェース信号S2、S3、S4を提供する。

任意の上述のインターフェース信号S1、S2、S3、S4は、情報信号成分を有することができる。情報信号成分は、情報を外部回路からバイオセンサ回路BSCへ伝達することができる。情報信号成分は、反対方向に（バイオセンサ回路BSCから外部回路へ）情報を伝達することもできる。これは、以下に更に詳細に説明される。

図2は、無線バイオセンサWBSが実装された半導体チップCHPを示す。半導体チップCHPは、無線バイオセンサWBSの上述の素子及び回路が形成される半導体基板SUBを有する。図2は、バイオセンサ回路BSCが半導体チップCHPの特定の領域ASに形成されることを示す。すなわち、バイオセンサ回路BSCは半導体チップCHPのこの特定の領域AS（以下、バイオセンサ領域ASと称する）を占有する。

図2はさらに、コイルL1が半導体チップCHPのバイオセンサ領域ASから離れている異なる特定の領域AT1に形成されることを示す。同じことが、他のコイルL1、L2、L3にあてはまる。すなわち、４つのコイルL1、L2、L3、L4は、それぞれ、互いに離れ且つバイオセンサ領域ASから離れている異なる特定の領域AT2、AT3、AT4を占有する。これらの領域AT1、AT2、AT3、AT4をそれぞれトランスデューサ領域と称する。図2が示す４つのインターフェース回路IC1、IC2、IC3、IC4は、任意の適切な残りの領域に形成されることができる。４つのインターフェース回路IC1、IC2、IC3、IC4は、１つの共通の領域に密集することができ、又は各々が半導体チップCHPの異なる領域を占有することができる。図2は後者の場合を示す。

4つのコイルL1、L2、L3、L4がそれぞれ形成されるトランスデューサ領域AT1、AT2、AT3、AT4が従来の半導体チップCHPの接続パッド領域と類似していることに留意する必要がある。トランスデューサ領域AT1がコイルL1ではなく代わりに接続パッドを有していると仮定する。その場合、接続パッドは、図2に示され無線バイオセンサWBSが形成された半導体チップCHPの大きさと同様の大きさの従来の半導体チップの接続パッドおける典型的な大きさをもつ。同じことが他のトランスデューサ領域AT2、AT3、AT4にあてはまる。別の言い方をすると、4つのコイルL1、L2、L3、L4の各々は、図2に示された半導体チップCHPの大きさと同様の大きさの従来の半導体チップの接続パッドと同程度の大きさをもつ。

半導体チップCHP上の4つのコイルL1、L2、L3、L4は、好ましくは銅で形成される。銅は小さい抵抗率を持つ。したがって信号損失が比較的小さい。現代の集積回路製造技術は、そのなかに素子を形成することができる銅のレイヤーをもつ低コストな半導体チップの製造を可能にする。

図3は、バイオセンサシステムBSYを断面図で示す。バイオセンサシステムBSYは、バイオセンサカートリッジCAR及びバイオセンサ読取り機RDRを有する。図3の上部はバイオセンサカートリッジCARを示す。図3の下部はバイオセンサ読取り機RDRを示す。バイオセンサカートリッジCARは、バイオセンサ読取り機RDR上に配置されて、他のバイオセンサカートリッジを読取り機のバイオセンサ上に配置するためにそこから取り外されることができる。

バイオセンサカートリッジCARは、微小流体チャネルMFC及び各種のむきだしの半ヨークNHYを有する。微小流体チャネルMFCは入口IN及び出口OUTを持つ。バイオセンサカートリッジCARは、図1が示す無線バイオセンサWBSが形成された半導体チップCHPをさらに備える。図3は、図2中の線A-Bに沿った断面図で半導体チップCHPを示す。半導体チップCHPは、接着剤によってバイオセンサカートリッジCARに固定され、流体を漏らさない封止Xを形成する。

図3は、２つのむきだしの半ヨークNHY 1、NHY2を示す。むきだしの半ヨークNHY1は、図2に図示するようにコイルL1が占有する半導体チップCHPのトランスデューサ領域AT1に面する端面を持つ。むきだしの半ヨークNHY2は、コイルL2が占有するトランスデューサ領域AT2に面する端面を持つ。図3は、図2が図示する半導体チップCHPの他のトランスデューサ領域AT3、AT4を示さない。しかし、図3には示されないが、バイオセンサカートリッジCARは、これらの他のトランスデューサ領域AT3, AT4の各々に対するむきだしの半ヨークを有する。

バイオセンサ読取り機RDRは、駆動及び読取り回路DRC、巻線Wを備える各種の半ヨークWHY、各種の変位アクチュエータDA及び外部コネクタECを有する。図3は、それぞれ巻線W1、W2を備える２つの半ヨークWHY1、WHY2を示す。半ヨークWHY1は、バイオセンサカートリッジCARのむきだしの半ヨークNHY1と補い合う。半ヨークWHY2は、バイオセンサカートリッジCARのむきだしの半ヨークNHY2と補い合う。

半ヨークWHY1は、むきだしの半ヨークNHY1の上述の端面に面する端面を有する。半導体チップCHPのトランスデューサ領域AT1は、これらのそれぞれの端面の間にはさまれる。同様に、半ヨークWHY2は、むきだしの半ヨークNHY2の上述の端面に面する端面を有する。半導体チップCHPのトランスデューサ領域AT2は、これらのそれぞれの端面の間にはさまれる。バイオセンサ読取り機RDRは、図2が示す他のトランスデューサ領域AT3、AT4の各々のための巻線を備える半ヨークをさらに備える。図3が図2中の線A-Bに沿った断面図であるので、図3はこれらのトランスデューサ領域を示さず、またこれらのトランスデューサ領域に対応する半ヨークを示さない。

バイオセンサカートリッジCARのむきだしの半ヨークNHY及びバイオセンサ読取り機RDRの半ヨークWHYは、好ましくは高い透磁率を持つ材料で形成される。この材料は、好ましくは、関係する周波数でほとんど信号損失を導入しない。各々が周波数の特定の範囲の全体にわたって満足な性能を提供する多くの異なるフェライト材が存在する。

バイオセンサシステムBSYは、次のように動作する。駆動及び読取り回路DRCは、交流電流を半ヨークWHY1の巻線W1に適用する。これは、半ヨークWHY1及びむきだしの半ヨークNHY1を通って流れる磁束FX1を引き起こす。磁束FX1は、半導体チップCHPのトランスデューサ領域AT1を横切る。先に説明されたように、半導体チップCHPは磁束FX1から電力供給成分を得ることができる。さらに、駆動及び読取り回路DRCはトランスデューサ領域を横切る磁束FX1によって半導体チップCHPと通信することができる。

駆動及び読取り回路DRCは、以下のように半導体チップCHPに情報を送信することができる。駆動及び読取り回路DRCは、送信すべき情報を表す信号によって巻線W1の中を流れる交流電流を変調させる。したがって、磁束FX1は同じ信号によって変調される。図2が示すトランスデューサ領域AT1内のコイルL1は、変調された磁束FX1を受け取る。その結果、図1が示すインターフェース信号S1は、駆動及び読取り回路DRCが送信する情報を伝達する変調成分を有する。バイオセンサ回路BSCは、この変調成分から情報を得ることができる。

反対に、半導体チップCHPは、駆動及び読取り回路DRCに情報を送信することができる。図1を参照して先に言及されるように、インターフェース信号S1は、バイオセンサ回路BSCからの情報を伝達する情報信号成分を有することができる。バイオセンサ回路BSCから生じるこの情報信号成分は、コイルL1に並列に結合するインピーダンスを変調することができる。このインピーダンス変調は、その次に、コイルL1を横切る磁束FX1を変調させる。応答して、半ヨークWHY1上の巻線W1は、変調成分を駆動及び読取り回路DRCに適用する。駆動及び読取り回路DRCは、半ヨークWHY1上の巻線W1が提供する変調成分から、バイオセンサ回路BSCから生じる情報を得ることができる。

駆動及び読取り回路DRC及び半導体チップCHPは、トランスデューサ領域AT2、むきだしの半ヨークNHY2及び巻線W2を備えている半ヨークWHY2を介して同様にして互いに通信することができる。同じことは、図2には示されているが図3には示されていない他のトランスデューサ領域AT3、AT4にあてはまる。先に言及されたように、各々のこれらの他のトランスデューサ領域AT3、AT4のために、バイオセンサシステムBSYは、バイオセンサカートリッジCAR中のむきだしの半ヨーク及びバイオセンサ読取り機RDR中の巻線を備えた半ヨークを有する。要約すると、あたかもボンディングワイヤが半導体チップCHPを駆動及び読取り回路DRCに接続しているかのように、半導体チップCHPは駆動及び読取り回路DRCと通信することができる。

生体物質のサンプルは、入口INに適用され、微小流体チャネルMFC中を流され、そして出口OUTを介してチャネルを出る。その結果、サンプルは、図1に図示したようにバイオセンサ回路BSCが占有する半導体チップCHPのバイオセンサ領域ASと接触する。バイオセンサ回路BSCは、図1を参照して先に述べられたように、サンプル中の特定の生体成分の存在を検出する。先に言及されたように、バイオセンサシステムBSYが分析する生体物質は、例えば、血液又は唾液を有することができる。検出すべき生体成分は、例えば、特定の分子構造であることができる。

バイオセンサ回路BSCは、駆動及び読取り回路DRCが発生するそれぞれの磁束FXによって、この検出に関する情報を駆動及び読取り回路DRCに送信する。駆動及び読取り回路DRCは、必要に応じて記憶又は更なる処理を可能にするフォーマットで検出データを得るために、この情報を収集し、処理する。駆動及び読取り回路DRCは、バイオセンサ読取り機RDRの外部コネクタECを介して、他の装置に検出データを送信することができる。

一旦生体物質のサンプルが微小流体チャネルMFCに流されると、バイオセンサカートリッジCARは、いわば汚染される。好ましくは、バイオセンサカートリッジCARは、他のいかなるサンプルも分析するためにその後用いられないべきである。バイオセンサカートリッジCARが汚染されるので、新たな他のサンプルの分析は、おそらく信頼できない結果をもたらす。したがって、一旦生体物質のサンプルが微小流体チャネルMFCに流されたならば、バイオセンサカートリッジCARは好ましくは処分すべきである。あるいは、バイオセンサカートリッジCARを改めて用いることができるように、バイオセンサカートリッジCARは殺菌されることができる。新たな、殺菌されたバイオセンサカートリッジは、図3が示すバイオセンサ読取り機RDR上に配置されることができる。これは、生体物質の新たな他のサンプルの信頼できる分析を可能にする。

図3が示すバイオセンサシステムBSYの重要な特徴は、半導体チップCHPに実装されるバイオセンサ回路BSCが無線様式で通信することである。これは、バイオセンサ読取り機RDR及びそこへ結合する他のいかなる構成要素の汚染も回避する。バイオセンサ回路BSCが接続パッド及び電気接触を介して駆動及び読取り回路DRCに結合する場合、汚染を回避することは難しいだろう。

重要な他の特徴は、バイオセンサ回路BSCと読取り機回路との間で無線通信が行われるが、無線通信がバイオセンサ回路BSCの実行する測定に干渉しないことである。バイオセンサ読取り機RDRが半導体チップCHPに適用する磁束FX1は、トランスデューサ領域AT1に集中する。磁束FX1は、バイオセンサ回路BSCが占有する半導体チップCHPのバイオセンサ領域ASに実質的に及ばない。同じことは磁束FX2にあてはまり、バイオセンサ読取り機RDRはそれを半導体チップCHPのトランスデューサ領域AT2だけに実質的に適用する。

バイオセンサ読取り機RDRは、変位アクチュエータDAによって、バイオセンサカートリッジCARをある程度動かすことができる。したがって、バイオセンサ読取り機RDRは、むきだしの半ヨークNHY1を半ヨークWHY1に、そして他のそれぞれのむきだしの半ヨークを補い合う他のそれぞれの半ヨークに位置合わせすることができる。このアラインメント手順は、好ましくは、精密なアラインメント段階に先行する粗いアラインメント段階を有する。

粗いアラインメント段階において、駆動及び読取り回路DRCは、半ヨークWHY1上の巻線W1におけるインピーダンスを測定することができる。測定されるインピーダンスは、半導体チップCHPが磁束FX1を吸収する程度を示す。駆動及び読取り回路DRCは、他のそれぞれの磁束に関する吸収の指示を得るために、他のそれぞれの半ヨークWHY上のそれぞれの巻線Wにおいて、それぞれのインピーダンスをさらに測定することができる。

駆動及び読取り回路DRCは、それぞれの測定されたインピーダンスに基づいて、バイオセンサカートリッジCARの移動を変位アクチュエータDAに行わせる。例えば、駆動及び読取り回路DRCは以下の基準に基づいてバイオセンサカートリッジCARを移動することができる。つまり、それぞれの測定されるインピーダンスができる限り小さくなるようにする。それぞれの測定されたインピーダンスが、全体の磁束吸収が半導体チップCHPと読取り機RDRとの間の通信を可能にするほどに十分に大きいことを示す場合、駆動及び読取り回路DRCは粗いアラインメント段階を終了する。

精密なアラインメント段階において、半導体チップCHPは受信電力指示を確立する。受信電力指示は、駆動及び読取り回路DRCにより発生されるそれぞれの磁束を受信することによりそれぞれのコイルLが受け取るそれぞれの電力を示す。例えば、図2が示す４つのインターフェース回路IC1、IC2、IC3、IC4はそれぞれ、インターフェース回路が結合するコイルL1、L2、L3、L4それぞれに関する局所的な受信電力指示を確立して送信することができる。この例では、上述の受信電力指示は、これらのそれぞれの局所的な受信電力指示を有する。

半導体チップCHPは、駆動及び読取り回路DRCに受信電力指示を送信する。駆動及び読取り回路DRCは、半導体チップCHPが提供する受信電力指示に基づいて、バイオセンサカートリッジCARの移動を変位アクチュエータDAに行わせる。したがって、駆動及び読取り回路DRCから半導体チップCHPへのパワー伝達は最適化され、その結果、比較的正確なアラインメントが達成される。

図4A-4Cは、図3に示されるバイオセンサカートリッジCARの一部を形成する半導体チップCHPを位置合わせするための更なる技術を示す。図4A-4Cの各々は、図3に示される半導体チップCHP上の4つのトランスデューサ領域AT1、AT2、AT3、AT4を示す。さらに、図4A-4Cの各々は、図3に示されるバイオセンサ読取り機RDRの一部を形成するそれぞれの半ヨークWHYのそれぞれの端面ES1、ES2、ES3、ES4を示す。端面ES1、ES2、ES3、ES4はトランスデューサ領域AT1、AT2、AT3、AT4よりいくぶん大きい。

図4Aはアラインメントが完全な場合を示す。半導体チップは、バイオセンサ読取り機の半ヨークに対して完全に位置が合わされている。端面ES1はトランスデューサ領域AT1を完全に覆う。同様に、端面ES2、ES3、ES4はトランスデューサ領域AT2、AT3、AT4をそれぞれ完全に覆う。この場合、駆動及び読取り回路は、各々の半ヨークにおいて実質的に等しいインピーダンスを測定する。それぞれの半ヨークのそれぞれの巻線が実質的に同様であると仮定する。

図4Aは、アラインメントが完全な場合に端面ES1、ES2、ES3、ES4が以下の特性を持つように、半ヨークが設計されていることを示す。端面ES1は垂直上方向にトランスデューサ領域AT1を越えて若干広がる。反対に、端面ES4は垂直下方向にトランスデューサ領域AT4を越えて若干広がる。端面ES2は水平右方向にトランスデューサ領域AT2を越えて広がる。反対に、端面ES3は水平左方向にトランスデューサ領域AT3を越えて広がる。

図4Bは、水平方向にずれている場合を示す。半導体チップは、図4Aが示すアラインメントが完全な場合に対して左に僅かに変位している。端面ES1はもはやトランスデューサ領域AT1を完全に覆うというわけではない。同様に、端面ES4はもはやトランスデューサ領域AT4を完全に覆うというわけではない。しかし、端面ES1、ES4は同じ程度にトランスデューサ領域AT1、AT4を覆う。その結果、駆動及び読取り回路は、端面ES1を持つ半ヨーク及び端面ES4を持つ半ヨークで実質的に同様のインピーダンスを測定する。アラインメントが完全な場合のようにインピーダンス差がない。

対照的に、駆動及び読取り回路は、端面ES2を持つ半ヨークと端面ES3を持つ半ヨークとの間にインピーダンス差を測定する。これは、端面ES3はまだ完全にトランスデューサ領域AT3を覆うが、端面ES2がトランスデューサ領域AT2をもはや完全に覆うというわけではないからである。端面ES2を持つ半ヨークにおけるインピーダンスは、端面ES3を持つ半ヨークにおけるインピーダンスより大きい。このインピーダンス差は、アラインメントが完全な場合に対して右方向の水平変位を示す。

一般に、端面ES2を持つ半ヨークと端面ES3を持つ半ヨークとの間のインピーダンス差は、水平方向のずれを示す。より正確に言うと、そのようなインピーダンス差は、右方向又は左方向である可能性がある水平のずれの方向を示す符号を持つ。インピーダンス差は、水平方向のずれの程度を示す絶対値をさらに持つ。

図4Cは、垂直方向にずれている場合を示す。半導体チップは、図4Aが示すアラインメントが完全な場合に対して、下方向へ僅かに変位している。駆動及び読取り回路は、端面ES1を持つ半ヨークと端面ES4を持つ半ヨークとの間のインピーダンス差を測定する。これは、端面ES4がまだ完全にトランスデューサ領域AT4を覆うのに、端面ES1がトランスデューサ領域AT1をもはや完全に覆うというわけではないからである。端面ES1を持つ半ヨークにおけるインピーダンスは、端面ES4を持つ半ヨークにおけるインピーダンスより大きい。このインピーダンス差は、アラインメントが完全な場合に対して上方への垂直変位を示す。

一般に、端面ES1を持つ半ヨークと端面ES4を持つ半ヨークとの間のインピーダンス差は、垂直方向のずれを示す。インピーダンス差の符号は、上方向又は下方向の可能性がある垂直のずれの方向を示す。インピーダンス差の絶対値は、垂直方向のずれの程度を示す。

図4Cにおいて、端面ES2、ES3は、それぞれトランスデューサ領域AT2、AT3を同じ程度覆う。その結果、駆動及び読取り回路は、端面ES2を持つ半ヨーク及び端面ES3を持つ半ヨークで実質的に同様のインピーダンスを測定する。アラインメントが完全な場合の様に、インピーダンス差がない。そのようなインピーダンス差の欠如は、先に説明されるように、半導体チップが水平方向に正しく位置合わせされていることを示す。

図4A-4Cが示すアラインメント法は、インピーダンス測定の代わりに受信電力指示と組み合わせて用いられることもできる。そのような実施態様において、半導体チップは、それぞれのトランスデューサ領域AT1、AT2、AT3、AT4がそれぞれの磁束の受信によって受け取るそれぞれの電力を示す受信電力指示を決める。そのような実施態様は、先に述べられる精密なアラインメント段階と同様に動作する。

図面を参照した先の詳細な説明は、さまざまな独立請求項中に列挙される以下の特性を示す。半導体チップ（CHP）及び半導体チップドライバ（RDR）は、無線様式において互いに通信する。そのために、半導体チップドライバ（RDR）は、半導体チップ（CHP）のトランスデューサ領域（AT1; AT2）に集中するエネルギー流束（FX1; FX2）を発生する。半導体チップ（CHP）において、無線通信インターフェース（WCI）は、エネルギー流束（FX1; FX2）に応答して信号処理回路（BSC）に電気信号（S1; S2）を提供する。信号処理回路（BSC）は、エネルギー流束（FX1; FX2）が集中しているトランスデューサ領域（AT1; AT2）から十分に離れている領域（AS）を占有する。

先の詳細な説明は、従属請求項中に列挙されるさまざまな選択できる特性をさらに示す。これらの特性は、上述の特性と組み合わせて有利に適用されることができる。さまざまな選択できる特性は、以下の段落において強調される。各々の段落は、特定の従属請求項と対応する。

半導体チップ（CHP）のトランスデューサ領域（AT1; AT2）に集中しているエネルギー流束（FX1; FX2）は磁束である。半導体チップ（CHP）の無線通信インターフェース（WCI）は、トランスデューサ領域（AT1; AT2）を占有するオンチップコイル（L1; L2）を有する。オンチップコイル（L1; L2）は、磁束（FX1; FX2）に応答して、信号処理回路（BSC）に電気信号（S1; S2）を提供する。オンチップコイルが比較的低コストのトランスデューサであるので、これらの特性は低コストの実施を可能にする。

半導体チップ（CHP）のトランスデューサ領域（AT1; AT2）は、半導体チップ（CHP）の大きさと同様の大きさを持つ従来の半導体チップにおいて接続パッドが一般的に占有する領域と同等である。エネルギー流束が比較的小さい領域に集中するので、これらの特性は正確な信号処理結果に寄与する。さらに、半導体チップが従来の半導体チップのレイアウトと同等のレイアウトを持つことができるので、これらの特性は低コストの実施を可能にする。

半導体チップ（CHP）の信号処理回路（BSC）は、物質を分析するためのセンサ（MRS）を有する。物質は供給経路を介してセンサ（MRS）に接触する。これらの特性は、正確な物質分析を可能にする。

半導体チップドライバ（RDR）は、エネルギー流束（FX1; FX2）発生器に対して半導体チップ（CHP）を移動するための変位アクチュエータ（DA1; DA2）を有する。この特性は、エネルギー流束（FX1; FX2）が効率的に電気信号（S1; S2）に変換され、比較的強いエネルギー流束（FX1; FX2）が必要ないように半導体チップ（CHP）が配置されることができるので、正確な信号処理結果に寄与する。

半導体チップドライバ（RDR）は、無線通信インターフェース（WCI）によるエネルギー流束（FX1; FX2）の吸収を検出する吸収検出器（DRC）を有する。吸収検出器（DRC）は、吸収を最大にするために、半導体チップ（CHP）の移動を変位アクチュエータ（DA1; DA2）に行わせる。これらの特性は、使いやすさを与える。

半導体チップ（CHP）は、半導体チップ（CHP）がエネルギー流束（FX1; FX2）の受信を通して受け取る電力の指示を確立する受信電力インジケータ（IC1; IC2）を有する。受信電力インジケータ（IC1; IC2）は半導体チップドライバ（RDR）に指示を送信する。

半導体チップドライバ（RDR）は、一組のエネルギー流束発生器（図4A-4Cに示されるそれぞれの端面ES1、ES2、ES3、ES4を持つそれぞれの半ヨーク）を有する。半導体チップ（CHP）が最良のアラインメント位置に対して変位している場合に、エネルギー流束発生器は半導体チップ（CHP）のそれぞれのトランスデューサ領域（AT1、AT2、AT3、AT4）を異なる程度で覆うそれぞれのエネルギー流束を発生する（図4A-4Cがこの原理を示す）。これらの特性は、比較的単純な仕方における半導体チップの正確なアラインメントを可能にする。

上述の特性は、多数の異なる仕方で実施されることができる。これを示すために、いくつかの変形例が簡潔に示される。

上述の特性は、任意の種類の製品又は方法において有利に適用されることができる。バイオセンサシステムは単なる例である。上述の特性は、例えば、化学分析システム、又は半導体チップと半導体チップドライバとの間の物理的接触を回避することから恩恵をうけることができる他の任意の種類のシステムに同様に適用されることができる。その結果、トランスデューサ領域から離れた領域を占有する信号処理回路は、任意の種類の信号処理回路であることができる。バイオセンサ回路は単なる例である。

エネルギー流束は磁束である必要はない。例えばエネルギー流束は光線状であることができる。そのようなアプリケーションにおいて、光-電気トランスデューサが半導体チップのトランスデューサ領域を占有する。光-電気トランスデューサは、半導体チップから半導体チップドライバまで情報を送信するために光線を変調させることができる。別の例として、容量結合を通してパワー伝達及び通信を確立することも可能である。そのようなアプリケーションは、破裂放電を引き起こす可能性がある比較的高い電圧の使用を回避するために、一般に比較的大きなトランスデューサ領域を必要とする。アプリケーションは、例えば磁気流束と光線との組み合わせのような様々な種類のエネルギー流束を用いることができることをさらに注意すべきである。

半導体チップは、任意の数のトランスデューサ領域を有することができる。図2が示す４つのトランスデューサ領域を有する半導体チップは単なる例である。半導体チップは、例えば、単一のトランスデューサ領域を有することができる。そのような実施態様において、異なる種類の情報は多重化によって同時に交換されることができる。

信号処理回路を上面に形成し、トランスデューサ領域を占有するトランスデューサを半導体チップの底面に形成することができることも注意すべきである。そのような実施態様において、半導体チップはトランスデューサを信号処理回路に結合させる導電性スルーホールを備えていることができる。

バイオセンサの実施においてさえ、半導体チップはカートリッジの一部を形成する必要はない。例えば、開口部を持つチャンバに対して、半導体チップ上のセンサがこの開口部に面するように、半導体チップは押し付けられることができる。分析が完了したとき、半導体チップは処分されることができる。チャンバは、好ましくはそのクリーニングの後、再利用される。比較的安価である半導体チップを、そのような実施態様において唯一の使い捨ての要素とすることができる。

図4A-4Cを参照すると、端面ES1、ES2、ES3、ES4は多数の異なる他の形状及び寸法を持つことができる。例えば、図4Aが示すアラインメントが完全な場合にそれぞれの端面がそれぞれのトランスデューサ領域AT1、AT2、AT3、AT4の一部だけを覆うように、各々の端面をいくぶん狭くすることができる。別の例として、端面ES1、ES2、ES3、ES4は、左上方向、右上方向、左下方向、及び右下方向にそれぞれシフトされることができる。その際、端面は、アラインメントが完全な場合に部分的にのみトランスデューサ領域AT1、AT2、AT3、AT4を覆う。全てのトランスデューサ領域に対して等しいパワーが伝達されるが、それは与えられたいずれのトランスデューサ領域に対しても最大限でない。全ての重要なことは、変位がそれぞれの端面によるそれぞれのトランスデューサ領域のカバレージに異なる影響を与えることである。これは、任意のずれの方向及び符号を確立するのに十分である。

用語「通信する」は、広義に理解されなければならない。この用語は、半導体チップドライバから半導体チップへの電力の伝送を含むことができる。

ハードウェア若しくはソフトウェア、又はその両方の部材によって機能を実現する多数の方途がある。この点で、図面は非常に概略的であり、各々は本発明の１つの可能な実施の形態だけを表している。したがって、図面は異なるブロックとして異なる機能を示すが、これは、ハードウェア又はソフトウェアの単一の部材がいくつかの機能を実行することを決して除外しない。また、ハードウェア若しくはソフトウェア、又は両方の部材の組立体が機能を実行することも除外しない。

先に述べられた注釈は、図面を参照した詳細な説明が本発明を制限するよりはむしろ説明していることを示す。多数の変形例があるが、それらは添付の特許請求の範囲の範囲内である。請求項中の任意の引用符号は、請求項を制限するように解釈されてはならない。「有する」の語は、特許請求の範囲中に列挙されたもの以外の他の要素又はステップの存在を除外しない。単数形の要素又はステップは、そのような要素又はステップが複数存在することを除外しない。

無線バイオセンサを示すブロック図。 無線バイオセンサが実装された半導体チップを示す図形回路図。 無線バイオセンサが実装された半導体チップを有するバイオセンサシステムを示す断面図。 バイオセンサシステム内で半導体チップを位置合わせするための技術を示す図形回路図。 バイオセンサシステム内で半導体チップを位置合わせするための技術を示す図形回路図。 バイオセンサシステム内で半導体チップを位置合わせするための技術を示す図形回路図。

Claims (13)

1. 互いに無線様式で通信することができる半導体チップ及び半導体チップドライバを有し、
   前記半導体チップドライバが、前記半導体チップのトランスデューサ領域に集中するエネルギー流束を発生するエネルギー流束発生器を有し、
   前記半導体チップが、前記トランスデューサ領域から十分に離れている当該半導体チップの領域を占有する信号処理回路、及び前記トランスデューサ領域に集中する前記エネルギー流束に応答して前記信号処理回路に電気信号を提供する無線通信インターフェースを有する組立体。
2. 前記エネルギー流束発生器が前記半導体チップの前記トランスデューサ領域に集中する磁束を発生し、前記半導体チップの前記無線通信インターフェースが、前記磁束に応答して前記電気信号を前記信号処理回路に提供するために、前記トランスデューサ領域を占有するオンチップコイルを有する、
   請求項１に記載の組立体。
3. 前記半導体チップの前記トランスデューサ領域が、前記半導体チップの大きさと同様の大きさを持つ従来の半導体チップにおいて接続パッドが一般的に占有する領域と同等である請求項１に記載の組立体。
4. 前記半導体チップの前記信号処理回路が物質を分析するセンサを有し、前記組立体が供給経路を有し、前記物質が前記供給経路を介して前記センサに接触することができる請求項１に記載の組立体。
5. 前記半導体チップドライバが、前記エネルギー流束発生器に対して前記半導体チップを移動させる変位アクチュエータを有する請求項１に記載の組立体。
6. 前記半導体チップドライバが、前記エネルギー流束の前記無線通信インターフェースによる吸収を検出する吸収検出器を有し、当該吸収が最大となるように前記半導体チップの移動を前記変位アクチュエータに行わせる請求項５に記載の組立体。
7. 前記半導体チップが、前記半導体チップが前記エネルギー流束の受信を通して受け取る電力の指示を確立する受信電力インジケータを有し、前記指示を前記半導体チップドライバに送信する請求項５に記載の組立体。
8. 前記半導体チップドライバが、前記半導体チップが最良のアラインメント位置に対して変位した場合に前記半導体チップのそれぞれのトランスデューサ領域を異なる程度で覆うそれぞれのエネルギー流束を発生する一組のエネルギー流束発生器を有する請求項５に記載の組立体。
9. 半導体チップのトランスデューサ領域に集中するエネルギー流束を発生するエネルギー流束発生器を有する半導体チップドライバと無線様式で通信することができる前記半導体チップであって、
   前記トランスデューサ領域から十分に離れている当該半導体チップの領域を占有する信号処理回路、及び
   前記トランスデューサ領域に集中する前記半導体チップドライバからの前記エネルギー流束に応答して前記信号処理回路に電気信号を提供する無線通信インターフェース、
   を有する半導体チップ。
10. 半導体チップと無線様式で通信することができる半導体チップドライバであって、
    前記半導体チップが、当該半導体チップの領域を占有する信号処理回路、及び前記信号処理回路が占有する前記領域から十分に離れている前記半導体チップのトランスデューサ領域を貫くエネルギー流束に応答して電気信号を前記信号処理回路に提供する無線通信インターフェースを有し、
    前記半導体チップドライバが、前記半導体チップの前記トランスデューサ領域に集中するエネルギー流束を発生するエネルギー流束発生器を有する、
    半導体チップドライバ。
11. 半導体チップとの無線通信を確立する方法であって、
    前記半導体チップが、当該半導体チップの領域を占有する信号処理回路、及び前記信号処理回路が占有する前記領域から十分に離れている当該半導体チップのトランスデューサ領域を貫くエネルギー流束に応答して前記信号処理回路に電気信号を提供する無線通信インターフェースを有し、
    前記方法が、前記半導体チップの前記トランスデューサ領域に集中するエネルギー流束を発生するエネルギー流束発生ステップを有する方法。
12. 互いに無線様式で通信することができる物質分析カートリッジ及び物質分析読取り機を有する物質分析システムであって、
    前記物質分析カートリッジが半導体チップ及び供給経路を有し、
    前記半導体チップが、当該半導体チップの領域を占有する物質を分析するセンサ、及び当該半導体チップのトランスデューサ領域を貫くエネルギー流束に応答して信号処理回路に電気信号を提供する無線通信インターフェースを有し、
    前記トランスデューサ領域が、前記信号処理回路が占有する領域から十分に離れており、
    前記供給経路を介して前記物質が前記半導体チップ上の前記センサに接触し、
    前記物質分析読取り機が、前記半導体チップの前記トランスデューサ領域に集中するエネルギー流束を発生するエネルギー流束発生器を有する、
    物質分析システム。
13. 半導体チップ及び供給経路を有し、
    前記半導体チップが、
    当該半導体チップの領域を占有する物質を分析するセンサ、及び
    当該半導体チップのトランスデューサ領域を貫くエネルギー流束に応答して信号処理回路に電気信号を提供する無線通信インターフェース、
    を有し、
    前記トランスデューサ領域が、前記信号処理回路が占有する領域から十分に離れており、
    前記供給経路を介して前記物質が前記半導体チップ上の前記センサに接触する、
    物質分析カートリッジ。

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