RU2776014C2

RU2776014C2 - Cartridge with multilayered collector

Info

Publication number: RU2776014C2
Application number: RU2019128587A
Authority: RU
Inventors: Даррен СИГЕЙЛ; Хаи ТРАН; Пол КРИВЕЛЛИ
Original assignee: Иллюмина, Инк.
Priority date: 2018-02-03
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2022-07-12

Abstract

FIELD: chemical industry.

SUBSTANCE: invention relates to a device and a method for biological or chemical analysis. The device contains: an electrical circuit and at least one sensor on a crystal attached to the electrical circuit, wherein the electrical circuit contains an electrical interconnect for an external electrical connection, and a multilayered collector attached to the electrical circuit for supplying a liquid reagent over the active surface of at least one sensor. In this case, the multilayered collector contains at least one liquid channel and at least one cutout for the crystal, wherein the interface between the crystal and at least one liquid channel is sealed. The method includes following stages: a multilayered collector is assembled, while the multilayered collector contains at least one liquid channel and at least one cutout for the crystal, at least one sensor on the crystal is attached to the electrical circuit, while the electrical circuit contains an electrical interconnect, a leveling layer is attached to the electrical circuit, while the leveling layer contains a cutout for the crystal. Then, sealing adhesive is placed on sides of the crystal, and the multilayered collector is attached to the electrical circuit, and the interface between the crystal and at least one liquid channel is sealed. Moreover, the multilayered collector and the attached electrical circuit together form an assembly unit.

EFFECT: development of a device and a method that provide a more efficient design of a liquid path.

19 cl, 10 dwg

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related applications

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/626,022, поданной 3 февраля 2018 г., и по заявке на патент Нидерландов № N 2020616, поданной 19 марта 2018 г. Содержание каждой из вышеназванных заявок полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки. This patent application claims priority over U.S. Provisional Application No. 62/626,022, filed February 3, 2018, and Dutch Patent Application No. 2020616, filed March 19, 2018. The contents of each of the above applications are incorporated herein in their entirety. through a link.

Уровень техникиState of the art

Существующие картриджи для биологического или химического анализа не обеспечивают эффективное обращение с жидкими реагентами. Например, жидкостный путь является длинным и проходит от зоны хранения реагентов через традиционный коллектор к кристаллу, включающему в себя полупроводниковый датчик (датчики). Такое устройство может замедлять анализ и приводит к использованию больших объемов реагента для промывки в каждом цикле.Current cartridges for biological or chemical analysis do not efficiently handle liquid reagents. For example, the fluid path is long and extends from the reagent storage area through a conventional manifold to the chip including the semiconductor sensor(s). Such a device can slow down the analysis and result in the use of large volumes of wash reagent in each run.

Таким образом, существует необходимость в более эффективной конструкции жидкостного пути.Thus, there is a need for a more efficient fluid path design.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Обеспечение устройства в одном аспекте позволяет преодолеть недостатки существующих подходов и создать дополнительные преимущества. Устройство содержит электрическую схему и по меньшей мере один датчик на кристалле, присоединенный к электрической схеме, причем электрическая схема содержит электрическое межсоединение для внешнего электрического соединения и многослойный коллектор, прикрепленный к электрической схеме, чтобы подавать жидкий реагент по активной поверхности по меньшей мере одного датчика, при этом многослойный коллектор содержит по меньшей мере один жидкостный канал, а интерфейс между кристаллом и по меньшей мере одним жидкостным каналом герметизирован.Providing the device in one aspect overcomes the shortcomings of existing approaches and creates additional benefits. The device comprises an electrical circuit and at least one on-chip sensor connected to the electrical circuit, wherein the electrical circuit comprises an electrical interconnect for an external electrical connection and a multilayer collector attached to the electrical circuit to supply a liquid reagent over the active surface of at least one sensor, wherein the multilayer collector contains at least one liquid channel, and the interface between the crystal and at least one liquid channel is sealed.

В соответствии с еще одним аспектом предлагается способ. Способ включает в себя сборку многослойного коллектора, при этом многослойный коллектор содержит по меньшей мере один жидкостный канал, прикрепление по меньшей мере одного датчика на кристалле к электрической схеме, при этом электрическая схема содержит электрическое межсоединение, и прикрепление выравнивающего слоя к электрической схеме, при этом выравнивающий слой содержит вырез для кристалла. Способ дополнительно включает в себя размещение герметизирующего клея по сторонам кристалла, прикрепление многослойного коллектора к электрической схеме, и герметизацию интерфейса между кристаллом и по меньшей мере одним жидкостным каналом, при этом многослойный коллектор и прикрепленная электрическая схема вместе образуют сборочный узел.In accordance with yet another aspect, a method is provided. The method includes assembling a multilayer manifold, wherein the multilayer manifold comprises at least one fluid channel, attaching at least one on-chip sensor to an electrical circuit, wherein the electrical circuit comprises an electrical interconnect, and attaching an equalization layer to the electrical circuit, wherein the leveling layer contains a cutout for the crystal. The method further includes placing a sealing adhesive on the sides of the chip, attaching the multilayer collector to the circuitry, and sealing the interface between the chip and at least one fluid channel, wherein the multilayer collector and the attached circuitry together form an assembly.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Эти и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания различных аспектов его осуществления, рассматриваемых в сочетании с приложенными чертежами.These and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of various aspects of its implementation, considered in conjunction with the attached drawings.

На ФИГ. 1 представлен вид в изометрии одного примера картриджа с датчиком и многослойным коллектором, используемого для, например, биологического или химического анализа, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 1 is an isometric view of one example of a multi-layer sensor cartridge used for, for example, biological or chemical analysis, in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 2 представлен вид с пространственным разделением деталей одного примера многослойного коллектора на ФИГ. 1, показывающий различные слои многослойного коллектора, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 2 is an exploded view of one example of the multilayer manifold of FIG. 1 showing the various layers of a multilayer manifold, in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 3 представлен вид в изометрии одного примера датчика во взаимосвязи с многослойным коллектором и электрической схемой в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 3 is an isometric view of one example of a sensor in association with a multilayer collector and circuitry in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 4 представлен вид в изометрии одного примера поперечного сечения области датчика, взятой поперек линии, показанной на ФИГ. 3, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 4 is an isometric view of one example of a cross section of a sensor area taken across the line shown in FIG. 3 in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 5-10 изображены различные этапы создания картриджа, показанного на ФИГ. 1. На ФИГ. 5 представлен вид в изометрии одного примера электрической схемы с прикрепленным к ней датчиком в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 5-10 depict the various steps involved in making the cartridge shown in FIG. 1. In FIG. 5 is a perspective view of one example of an electrical circuit with a sensor attached thereto in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 6 показано прикрепление выравнивающего слоя к схеме, изображенной на ФИГ. 5, при помощи, например, связующего слоя, включающего в себя клей, чувствительный к давлению, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 6 shows the attachment of a leveling layer to the circuit shown in FIG. 5 using, for example, a tie layer including a pressure sensitive adhesive in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 7 показаны подача и выдерживание соединяющего клея на конструкции, изображенной на ФИГ. 6, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 7 shows the supply and retention of bonding adhesive on the structure shown in FIG. 6 in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 8 показан один пример прикрепления многослойного коллектора (например, как раскрыто со ссылкой на ФИГ. 2) к электрической схеме, изображенной на ФИГ. 7, при помощи, например, связующего слоя (ФИГ. 2) включающего в себя клей, чувствительный к давлению, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 8 shows one example of attaching a multilayer manifold (eg, as disclosed with reference to FIG. 2) to the electrical circuit shown in FIG. 7 using, for example, a tie layer (FIG. 2) including a pressure sensitive adhesive in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 9 показан один пример монтажа проводных соединений на структуре, изображенной на ФИГ. 8, инкапсулирование проводных соединений и прикрепление канала проточной ячейки в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 9 shows one example of wiring on the structure shown in FIG. 8, encapsulating wiring and attaching a flow cell channel, in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 10 показан один пример присоединения структуры, изображенной на ФИГ. 9, к ротору для реагента и корпусу картриджа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 10 shows one example of attaching the structure shown in FIG. 9 to a reagent rotor and cartridge body in accordance with one or more aspects of the present invention.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Аспекты настоящего изобретения и некоторые его признаки, преимущества и детали более подробно объясняются ниже со ссылкой на неограничивающие примеры, изображенные на прилагаемых чертежах. Описания хорошо известных материалов, инструментов для изготовления, способов обработки и т.д. опущены, чтобы не затруднять понимание существенных деталей без необходимости. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя и указывающие на аспекты изобретения, приведены только в качестве иллюстрации и без ограничения. Различные замены, модификации, дополнения и/или варианты расположения, не отступающие от существа и/или объема идей, лежащих в основе настоящего изобретения, станут очевидными специалистам в данной области техники из настоящего описания.Aspects of the present invention and some of its features, advantages and details are explained in more detail below with reference to the non-limiting examples shown in the accompanying drawings. Descriptions of well-known materials, manufacturing tools, processing methods, etc. omitted so as not to obscure essential details unnecessarily. However, it should be understood that the detailed description and specific examples, while indicating aspects of the invention, are provided by way of illustration only and without limitation. Various substitutions, modifications, additions and/or arrangements, without departing from the spirit and/or scope of the ideas underlying the present invention, will become apparent to those skilled in the art from the present description.

Приближенные формулировки, используемые в контексте настоящего документа по всему тексту описания и формулы изобретения, допустимо применять для модифицирования любого количественного представления, которое может изменяться, не приводя к изменению основной функции, с которой они связаны. Соответственно, значение, модифицируемое термином или терминами, такими как «около» или «значительно», не ограничивается точным указанным значением. В некоторых случаях приближенные формулировки могут соответствовать точности прибора для измерения значения.Approximate wording used in the context of this document throughout the text of the description and claims, it is permissible to apply to modify any quantitative representation, which can change without leading to a change in the main function with which they are associated. Accordingly, the meaning modified by the term or terms such as "about" or "substantially" is not limited to the exact meaning indicated. In some cases, approximate formulations may correspond to the accuracy of the instrument for measuring the value.

Термины, используемые в настоящем документе, служат только для целей описания конкретных примеров и не имеют ограничительного характера. В контексте настоящего документа формы единственного числа включают в себя также формы множественного числа, если в контексте четко не указано иное. Следует также понимать, что термины «представлять собой» (и любые формы этого термина, такие как «представляет собой» и «представляющий собой»), «иметь» (и любые формы этого термина, такие как «имеет» и «имеющий»), «включать в себя» (и любые формы этого термина, такие как «включает в себя» и «включающий в себя») и содержать (и любые формы этого термина, такие как «содержит» и «содержащий») представляют собой неограниченные глаголы-связки. Вследствие этого, способ или устройство, которые «представляют собой», «имеют», «включают в себя» или «содержат» один или более этапов или элементов, обладают этими одним или более этапами или элементами, но не ограничиваются обладанием только этими одним или более этапами или элементами. Вследствие этого, этап способа или элемент устройства, которые «представляют собой», «имеют», «включают в себя» или «содержат» один или более признаков, обладают этими одним или более признаками, но не ограничиваются обладанием только этими одним или более признаками. Кроме того, устройство или структура, выполненные определенным способом, выполнены по меньшей мере этим способом, но могут также быть выполнены способами, которые не перечислены.The terms used herein are for the purpose of describing specific examples only and are not limiting. In the context of this document, the singular forms also include the plural forms, unless the context clearly indicates otherwise. It should also be understood that the terms "to be" (and any forms of this term, such as "is" and "representing"), "to have" (and any forms of this term, such as "has" and "having") , "include" (and any forms of this term such as "includes" and "including") and contain (and any forms of this term such as "comprises" and "comprising") are unrestricted verbs - bundles. Therefore, a method or apparatus that "is", "has", "includes", or "comprises" one or more steps or elements has those one or more steps or elements, but is not limited to having only those one or more steps or elements. more stages or elements. Therefore, a method step or device element that "is", "has", "includes", or "comprises" one or more features has those one or more features, but is not limited to having only those one or more features. . In addition, a device or structure made in a particular way is made at least in that way, but may also be made in ways that are not listed.

В контексте настоящего документа термин «присоединенный» («прикрепленный»), при использовании для указания на два физических элемента, означает прямое соединение между двумя физическими элементами. Термин «соединенный», однако, может означать прямое соединение или соединение через один или более промежуточных элементов.In the context of this document, the term "attached" ("attached"), when used to refer to two physical elements, means a direct connection between two physical elements. The term "connected", however, may mean a direct connection or a connection through one or more intermediate elements.

В контексте настоящего документа термины «может» и «может быть» указывают на возможность того или иного происшествия в рамках набора обстоятельств; обладание указанным свойством, характеристикой или функцией; и/или определяют другой глагол, выражая одно или более из способности, потенциала или возможности, связанных с определяемым глаголом. Соответственно, использование «может» и «может быть» указывает, что модифицированный термин, по-видимому, является соответствующим, подходящим или пригодным для указанных активности, функции или использования, учитывая, что при некоторых обстоятельствах модифицированный термин может иногда не быть соответствующим, подходящим или пригодным. Например, при некоторых обстоятельствах событие или активность могут ожидаться, тогда как при других обстоятельствах это событие или активность не могут реализоваться - это различие фиксируется терминами «может» и «может быть».In the context of this document, the terms "may" and "may be" indicate the possibility of a particular occurrence within a set of circumstances; possessing a specified property, characteristic or function; and/or define another verb, expressing one or more of the ability, potential or opportunity associated with the defined verb. Accordingly, the use of "may" and "may be" indicates that the modified term appears to be appropriate, appropriate, or suitable for the activity, function, or use indicated, given that under some circumstances, the modified term may sometimes not be appropriate, appropriate. or suitable. For example, under some circumstances an event or activity may be expected, while under other circumstances the event or activity may not occur—this distinction is captured by the terms "may" and "may be".

В контексте настоящего документа, если не оговорено иное, приближенные термины «около», «по существу» и т.п., используемые с каким-либо значением, таким как результат измерения, размер и т.д. означает возможное отклонение этой величины в диапазоне плюс или минус десять процентов.In the context of this document, unless otherwise noted, the approximate terms "about", "substantially", etc., used with any meaning, such as measurement, size, etc. means a possible deviation of this value in the range of plus or minus ten percent.

В контексте настоящего документа термины «связывать» («склеивать»), «связанный» и «связующий» относятся к двум предметам, надежно соединенным вместе с использованием клея или связующего вещества при помощи теплового процесса или давления. В контексте настоящего документа термин «прикреплять» относится к соединению вместе двух предметов с использованием крепежного средства (например, винта, клея или связующего вещества и т.п.) или без него. Таким образом, термин «связывать» является подмножеством термина «прикреплять».In the context of this document, the terms "bind" ("glue"), "bonded" and "binder" refer to two items securely connected together using an adhesive or binder using a thermal process or pressure. As used herein, the term "attach" refers to joining two items together with or without a fastener (eg, screw, adhesive or adhesive, etc.). Thus, the term "bind" is a subset of the term "attach".

Ниже дается ссылка на чертежи, которые не вычерчены в масштабе для облегчения понимания, причем одни и те же номера позиций используются на различных чертежах для обозначения одних и тех же или аналогичных компонентов.Reference is made below to the drawings, which are not drawn to scale for ease of understanding, and the same reference numbers are used throughout the various drawings to refer to the same or similar components.

Настоящее раскрытие изобретения относится к биологическому или химическому анализу и, более конкретно, к электрической схеме с датчиком (датчиками), присоединенной к многослойному коллектору для эффективной доставки жидкого реагента к активной поверхности датчика (датчиков).The present disclosure relates to biological or chemical analysis, and more particularly to an electrical circuit with sensor(s) coupled to a multilayer manifold for efficient delivery of a liquid reagent to the active surface of the sensor(s).

На ФИГ. 1 представлен вид в изометрии одного примера картриджа 100, который может использоваться для, например, биологического или химического анализа. В одном примере картридж может использоваться, чтобы обеспечить возможность секвенирования, например, ДНК-секвенирования, например, секвенирования путем синтеза или секвенирования нового поколения (также известного как высокопроизводительное секвенирование). В другом примере картридж может использоваться для обеспечения возможности генотипирования. Как понятно специалисту в данной области техники, генотипирование включает в себя определение различий в генетическом профиле (генотипе) индивидуума путем исследования последовательности ДНК индивидуума с использованием биологических проб и ее сравнения с последовательностью другого индивидуума или эталонной последовательностью. Картридж, который может быть одноразовым или многоразовым, включает в себя ротор 102 для реагента, корпус 104 картриджа (с насосом 107, расположенным внутри корпуса картриджа), многослойный коллектор 106 для доставки реагента и схему 108 с пассивными электронными компонентами 109 для выполнения различных функций картриджа и электрическим межсоединением 110 для внешнего электрического соединения. Многослойный коллектор используется для доставки жидкого реагента к активной поверхности датчика (134, ФИГ. 2) в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. Хотя насос в данном примере расположен внутри картриджа, следует понимать, что насос может вместо этого находиться на поверхности картриджа или снаружи от картриджа.FIG. 1 is an isometric view of one example of a cartridge 100 that can be used for, for example, biological or chemical analysis. In one example, a cartridge may be used to enable sequencing, such as DNA sequencing, such as sequencing by synthesis or next generation sequencing (also known as high throughput sequencing). In another example, a cartridge may be used to enable genotyping. As one of skill in the art would understand, genotyping involves determining differences in an individual's genetic profile (genotype) by examining an individual's DNA sequence using biological assays and comparing it to that of another individual or a reference sequence. The cartridge, which may be disposable or refillable, includes a reagent rotor 102, a cartridge body 104 (with a pump 107 located within the cartridge body), a multi-layered reagent delivery manifold 106, and circuitry 108 with passive electronic components 109 for performing the various functions of the cartridge. and an electrical interconnect 110 for an external electrical connection. A multilayer manifold is used to deliver a liquid reagent to the active surface of the sensor (134, FIG. 2) in accordance with one or more aspects of the present invention. Although the pump in this example is located inside the cartridge, it should be understood that the pump may instead be located on the surface of the cartridge or outside of the cartridge.

Жидкостный поток реагента из устройства для хранения (ротор 102 в данном примере) приводится в движение за счет насоса 107. Насос всасывает жидкий реагент из ротора через многослойный коллектор 106 к проточной ячейке 119 по активной поверхности (138, ФИГ. 3) датчика (134, ФИГ. 2) через отверстие 103 для жидкости. Жидкий реагент выходит из проточной ячейки в направлении ветвей устройства, которое по виду напоминает светильники (каналы 117). Жидкий реагент возвращается к насосу через массив запорных клапанов 111, расположенных, например, на дне картриджа. Запорные клапаны могут быть нормально закрытыми так, чтобы запорный клапан, который открыт при всасывании насоса, определял, какую ветвь «светильников» использовать для возвращения. Любая избыточная жидкость из каналов 117 возвращается к насосу через жидкостный путь 115 и отверстие 105 для жидкости. Микрожидкостный насос поддерживает поток реагента (реагентов) через картридж для измерения. В одном примере насос принимает форму микронасоса с автоматической накачкой.The liquid reagent flow from the storage device (rotor 102 in this example) is driven by a pump 107. The pump draws the liquid reagent from the rotor through the multilayer manifold 106 to the flow cell 119 over the active surface (138, FIG. 3) of the sensor (134, FIG 2) through the liquid opening 103. The liquid reagent exits the flow cell towards the arms of the fixture-like device (channels 117). The liquid reagent is returned to the pump through an array of check valves 111 located, for example, at the bottom of the cartridge. The check valves may be normally closed so that the check valve that is open when the pump is priming determines which branch of the "lights" to use for return. Any excess fluid from channels 117 is returned to the pump via fluid path 115 and fluid port 105. The microfluidic pump maintains the flow of reagent(s) through the measurement cartridge. In one example, the pump takes the form of an automatically pumping micropump.

Неограничивающие примеры функции (функций) датчика включают в себя, например, светочувствительность (например, наличие заданного диапазона воспринимаемых длин волн), обнаружение присутствия одного или более веществ (например, биологического или химического вещества) и обнаружение изменения концентрации чего-либо (например, ионной концентрации). Датчик может быть, например, полупроводниковым (например, интегральной схемой), отдельные устройства которого могут быть планарными или непланарными (например, на основе плавникового полевого транзистора (FinFET). В одном примере датчик может представлять собой датчик изображения на КМОП-структуре (комплементарной структуре металл-окисел-полупроводник). Как понятно специалисту в данной области техники, электрическая схема датчика изображения на КМОП-структуре включает в себя пассивные электронные компоненты, такие как таймер и схема генерации синхронизирующих импульсов, аналого-цифровой преобразователь и т.д., а также матрицу фотодетекторов для преобразования фотонов (света) в электроны, которые затем преобразуют в напряжение. В другом примере датчик может представлять собой ПЗС (прибор с зарядовой связью), другой тип датчика изображения.Non-limiting examples of sensor function(s) include, for example, light sensitivity (e.g., having a predetermined range of perceived wavelengths), detecting the presence of one or more substances (e.g., a biological or chemical agent), and detecting a change in the concentration of something (e.g., an ionic concentration). The sensor may be, for example, a semiconductor (for example, an integrated circuit), the individual devices of which may be planar or non-planar (for example, based on a fin field-effect transistor (FinFET). In one example, the sensor may be a CMOS image sensor (complementary structure As one skilled in the art would appreciate, the CMOS image sensor circuitry includes passive electronic components such as a timer and a clock circuit, an analog-to-digital converter, etc., and also an array of photodetectors for converting photons (light) into electrons, which are then converted into voltage.In another example, the sensor may be a CCD (Charge Coupled Device), another type of image sensor.

Как понятно специалисту в данной области техники, «КМОП» относится к технологии, применяемой для изготовления интегральных схем. В контексте настоящего документа термины «КМОП-датчик» и «датчик изображения на КМОП-структуре» относятся к датчикам, изготавливаемым с использованием КМОП-технологии. «Комплементарный» аспект названия относится к включению полевых транзисторов со структурой метал-оксид-полупроводник (полевых МОП-транзисторов) как n-типа, так и р-типа в состав интегральных схем (ИС), изготавливаемых с использованием КМОП-технологии. Каждый полевой МОП-транзистор имеет металлический затвор с диэлектриком (изолирующим слоем) затвора, таким как оксид (отсюда «метал-оксидная» часть названия) и полупроводниковый материал ниже затвора (соответствует «полупроводнику» в названии. ИС изготавливают на кристалле, представляющем собой полупроводниковую подложку или кристаллическую пластину, которую разрезают после изготовления, при этом ИС, изготавливаемые с использованием КМОП-технологии, отличаются, например, высокой помехоустойчивостью и низким потреблением мощности в статическом режиме (один из транзисторов постоянно выключен).As one skilled in the art will understand, "CMOS" refers to the technology used to manufacture integrated circuits. In the context of this document, the terms "CMOS sensor" and "CMOS image sensor" refer to sensors manufactured using CMOS technology. The "complementary" aspect of the name refers to the incorporation of both n-type and p-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) into integrated circuits (ICs) manufactured using CMOS technology. Each MOSFET has a metal gate with a gate dielectric (insulating layer) such as an oxide (hence the "metal oxide" part of the name) and a semiconductor material below the gate (corresponding to the "semiconductor" in the name. ICs are made on a chip, which is a semiconductor a substrate or wafer that is cut after fabrication, while ICs made using CMOS technology are characterized by, for example, high noise immunity and low power consumption in static mode (one of the transistors is permanently off).

В одном примере датчик изображения на КМОП-структуре может включать в себя, например, миллионы фотодетекторов, также называемых пикселями. Каждый пиксель включает в себя фотоприемник, который накапливает заряд под действием света, усилитель для преобразования накопленного заряда в напряжение и переключатель пикселей. Каждый пиксель может также включать в себя, например, отдельную микролинзу для захвата большего количества света, или иметь другие дополнительные возможности для улучшения изображения, такие как, например, подавление шума.In one example, a CMOS image sensor may include, for example, millions of photodetectors, also referred to as pixels. Each pixel includes a photodetector that accumulates charge when exposed to light, an amplifier to convert the accumulated charge into voltage, and a pixel switch. Each pixel may also include, for example, a separate microlens to capture more light, or have other image enhancement features such as noise reduction, for example.

Далее будет представлен один пример изготовления полупроводникового устройства, изготавливаемого с использованием КМОП-технологии. Начав, например, с полупроводниковой подложки р-типа, можно защитить область МОП-структуры с каналом n-типа, тогда как в области МОП-структуры с каналом р-типа можно создать карман n-типа. Это можно осуществить, используя, например, один или более литографических процессов. После этого как в области МОП-структуры с каналом n-типа, так как и в области МОП-структуры с каналом р-типа может быть сформирован тонкий оксидный слой затвора (например, поликремниевый). Области донорной примеси могут быть образованы в структуре р-типа области МОП-структуры с каналом n-типа с каждой стороны фиктивного затвора (т.е. образуются исток и сток), и одна область донорной примеси - в качестве контакта с корпусом (здесь - карманом) в области МОП-структуры с каналом р-типа. Это можно осуществить, используя, например, маску. Такой же процесс маскирования и легирования можно затем использовать для образования истока и стока в области МОП-структуры с каналом р-типа и контакта с корпусом в области МОП-структуры с каналом n-типа. Затем может быть выполнена металлизация с образованием выводов в различных областях п-канальных и р-канальных МОП-транзисторов (т.е. корпус, исток, сток и затвор). В отличие от приборов ПЗС, датчики изображения на КМОП-структуре могут включать в себя другие электрические схемы на том же кристалле почти при полном отсутствии дополнительных затрат, обеспечивая такие функции, как внутрисхемная стабилизация изображение или сжатие изображение.Next, one manufacturing example of a semiconductor device fabricated using CMOS technology will be presented. Starting with, for example, a p-type semiconductor substrate, an n-channel MOS region can be protected, while an n-channel pocket can be created in the p-channel MOS region. This can be done using, for example, one or more lithographic processes. Thereafter, a thin gate oxide layer (eg, polysilicon) can be formed in both the n-channel MOS region and the p-channel MOS region. Donor dot regions can be formed in the p-type structure of an n-channel MOS structure on each side of the dummy gate (i.e., source and drain are formed), and one donor dot region as contact with the package (here - pocket) in the region of the MOS structure with a p-type channel. This can be done using, for example, a mask. The same masking and doping process can then be used to form a source and drain in the p-channel MOS region and a package contact in the n-channel MOS region. Metallization can then be performed to form leads in various regions of the n-channel and p-channel MOSFETs (ie, body, source, drain, and gate). Unlike CCD devices, CMOS image sensors can incorporate other circuitry on the same chip at almost no additional cost, providing features such as in-circuit image stabilization or image compression.

На ФИГ. 2 представлен вид с пространственным разделением деталей одного примера многослойного коллектора 106, показанного на ФИГ. 1. Многослойный материал включает в себя покровный слой 112, который может представлять собой, например, полимерную пленку (например, полиэтилентерефталат (ПЭТ) или поли(метилакрилат (ПММА)), и может иметь толщину, например, от приблизительно 100 микрон до приблизительно 700 микрон в одном примере и от приблизительно 100 микрон до приблизительно 400 микрон в другом примере. Многослойный коллектор также включает в себя жидкостный распределительный слой 116 для распределения жидкого реагента (реагентов), который может иметь толщину, например, от приблизительно 200 микрон до приблизительно 1000 микрон в одном примере и от приблизительно 300 микрон до приблизительно 700 микрон в другом примере. Жидкостный распределительный слой 116 может представлять собой, например, материал с низкой или отсутствующей автофлуоресценцией, например, тонкую пластмассовую пленку или стекло. Неограничивающие примеры материалов для слоя 116 включают в себя: ПММА, серийно производимый, например, компанией Evonit Corporation, г. Парсиппани, штат Нью-Джерси; пленку из фосфида кобальта (СоР), серийно производимую, например, компанией American Elements, г. Лос-Анджелес, штат Калифорния; циклоолефиновый сополимер (СОС), серийно производимый, например, компанией Zeon Chemicals L.P., г. Луисвилл, штат Кентукки; и боросиликатное стекло, серийно производимое, например, компанией Schott North America, Inc., Элмсфорд, штат Нью-Йорк. Жидкостный путь по каналам 117 для объемной или относительно вязкой жидкости определяется слоем 116. Каналы выбраны по размеру таким образом, чтобы обеспечить возможность протекания жидкостного потока с низким импедансом, например, имеющего ширину в диапазоне от приблизительно 0,25 мм до приблизительно 1 мм. Между покровным и жидкостным распределительным слоями имеется клеевой слой 114, который может иметь толщину, например, от приблизительно 20 микрон до приблизительно 50 микрон в одном примере, и приблизительно 25 микрон в другом примере. В одном примере клеевой слой может включать в себя клей, чувствительный к давлению, для надежного прикрепления под давлением слоев, находящихся непосредственно выше и ниже клея, чувствительного к давлению. Неограничивающие примеры клеевого слоя 114 включают в себя акриловый или силиконовый клей. Клей, чувствительный к давлению, может представлять собой часть, например, часть односторонней клейкой ленты, которая может включать в себя, например, жесткую пластмассовую подкладку (например, ПЭТ) с нанесенным на нее клеем. Такие клейкие ленты серийно производятся, например, компанией 3М в г. Сент-Пол, штат Миннесота, или компанией Adhesives Research, Inc. в г. Глен-Рок, штат Пенсильвания. Как понятно специалисту в данной области техники, находясь под давлением, клей, чувствительный к давлению, создает связь без необходимости в растворителе, воде или тепле.FIG. 2 is an exploded view of one example of the multilayer manifold 106 shown in FIG. 1. The laminate includes a cover layer 112, which may be, for example, a polymeric film (for example, polyethylene terephthalate (PET) or poly(methyl acrylate (PMMA)), and may have a thickness, for example, from about 100 microns to about 700 micron in one example, and from about 100 microns to about 400 microns in another example.The multilayer manifold also includes a liquid distribution layer 116 for distributing liquid reactant(s), which may have a thickness of, for example, from about 200 microns to about 1000 microns. in one example, and from about 300 microns to about 700 microns in another example.Fluid distribution layer 116 may be, for example, a material with little or no autofluorescence, such as a thin plastic film or glass.Non-limiting examples of materials for layer 116 include : PMMA, commercially available e.g. from Evonit Corporation, Parsippany, New Jersey; a cobalt phosphide (CoP) film commercially available from, for example, American Elements, Los Angeles, California; a cycloolefin copolymer (COC) commercially available from, for example, Zeon Chemicals L.P., Louisville, Kentucky; and borosilicate glass commercially available from, for example, Schott North America, Inc., Elmsford, NY. The fluid path through bulk or relatively viscous fluid channels 117 is defined by layer 116. The channels are sized to allow low impedance fluid flow, such as having a width in the range of about 0.25 mm to about 1 mm. Between the coating and fluid distribution layers is an adhesive layer 114, which may have a thickness of, for example, from about 20 microns to about 50 microns in one example, and about 25 microns in another example. In one example, the adhesive layer may include a pressure sensitive adhesive to securely pressurize the layers immediately above and below the pressure sensitive adhesive. Non-limiting examples of adhesive layer 114 include acrylic or silicone adhesive. The pressure sensitive adhesive may be a portion, eg, a portion of a single-sided adhesive tape, which may include, for example, a rigid plastic liner (eg, PET) with adhesive applied thereto. Such adhesive tapes are commercially available, for example, from 3M in St. Paul, Minnesota, or from Adhesives Research, Inc. in Glen Rock, Pennsylvania. As one skilled in the art will appreciate, when under pressure, the pressure-sensitive adhesive creates a bond without the need for solvent, water, or heat.

Многослойный коллектор на ФИГ. 2 дополнительно включает в себя подложечный слой 120, при этом подложечный слой может включать в себя вырез 121, наряду со слоями 118 и 122, которые перекрывают отверстия 123 и 125 в слое 116, позволяя реагенту (реагентам) достигать активной поверхности (138, ФИГ. 3) датчика из каналов в слое 116. В одном примере отверстия выбраны по размеру аналогичными каналам. Подложечный слой может иметь толщину, например, от приблизительно 50 микрон до приблизительно 70 микрон в одном примере, и приблизительно 60 микрон в другом примере. Подложечный слой 120 может быть, например, полимерной пленкой (например, ПЭТ или ПММА). Жидкостный поток по датчику переходит из относительно вязкого потока в каналах жидкостного распределительного слоя в относительно низковязкий жидкостный поток, который обеспечивает эффективное использование жидкости. Жидкостный путь по датчику показан при помощи проточной линии 156 на ФИГ. 4. В одном примере только химическая реакция жидкости, проходящей по датчику, например, флуоресценция, может быть наблюдаемой пользователем. Между жидкостным распределительным слоем и подложечным слоем находится клеевой слой 118, который может иметь толщину, например, от приблизительно 20 микрон до приблизительно 50 микрон в одном примере и приблизительно 25 микрон в другом примере. В одном примере клеевой слой 118 может включать в себя клей, чувствительный к давлению, для надежного прикрепления под давлением слоев, находящихся непосредственно выше и ниже клея, чувствительного к давлению. Неограничивающие примеры клеевого слоя 118 включают в себя акриловый или силиконовый клей. Клей, чувствительный к давлению, может представлять собой часть, например, двусторонней клейкой ленты, которая может включать в себя, например, жесткую пластмассовую подкладку (например, ПЭТ) с нанесенным на нее клеем. Такие клейкие ленты являются коммерчески доступными, как описано выше. Структура также включает в себя выравнивающий слой 124 для обеспечения поддержки многослойного коллектора и предоставления ровной поверхности для электрической схемы 108, которая может иметь толщину, например, от приблизительно 500 микрон до приблизительно 700 микрон в одном примере, или приблизительно 600 микрон в другом примере, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. В одном примере выравнивающий слой имеет примерно такую же толщину, как кристалл. В одном примере материал выравнивающего слоя 124 может включать в себя экструдированный пластик, например, ПЭТ, полипропилен или поликарбонат. Между подложечным слоем 120 и выравнивающим слоем 124 находится клеевой слой 122, который может иметь толщину, например, от приблизительно 20 микрон до приблизительно 50 микрон в одном примере и приблизительно 25 микрон в другом примере. В одном примере слой 122 может включать в себя клей, чувствительный к давлению, для надежного прикрепления под давлением слоев, находящихся непосредственно выше и ниже клея, чувствительного к давлению. Неограничивающие примеры клеевого слоя 122 включают в себя акриловый или силиконовый клей. Клей, чувствительный к давлению, может представлять собой часть, например, двусторонней клейкой ленты, которая может включать в себя, например, жесткую пластмассовую подкладку (например, ПЭТ) с нанесенным на нее клеем. Такие клейкие ленты являются коммерчески доступными, как описано выше.The multilayer manifold in FIG. 2 further includes a backing layer 120, where the backing layer may include a notch 121, along with layers 118 and 122 that overlap openings 123 and 125 in layer 116 to allow the reagent(s) to reach the active surface (138, FIG. 3) a sensor from the channels in layer 116. In one example, the holes are selected to be similar in size to the channels. The substrate layer may have a thickness of, for example, from about 50 microns to about 70 microns in one example, and about 60 microns in another example. The backing layer 120 may be, for example, a polymeric film (eg, PET or PMMA). The liquid flow through the sensor changes from a relatively viscous flow in the channels of the liquid distribution layer to a relatively low viscosity liquid flow which provides efficient use of the liquid. The fluid path through the sensor is shown by flow line 156 in FIG. 4. In one example, only the chemical reaction of the liquid passing through the sensor, such as fluorescence, can be observed by the user. Between the fluid distribution layer and the substrate layer is an adhesive layer 118, which may have a thickness of, for example, from about 20 microns to about 50 microns in one example and about 25 microns in another example. In one example, the adhesive layer 118 may include a pressure-sensitive adhesive to securely pressurize the layers immediately above and below the pressure-sensitive adhesive. Non-limiting examples of adhesive layer 118 include acrylic or silicone adhesive. The pressure-sensitive adhesive may be part of, for example, a double-sided adhesive tape, which may include, for example, a rigid plastic backing (eg, PET) with an adhesive applied thereto. Such adhesive tapes are commercially available as described above. The structure also includes a leveling layer 124 to provide support for the multilayer manifold and provide a level surface for electrical circuitry 108, which may have a thickness of, for example, from about 500 microns to about 700 microns in one example, or about 600 microns in another example, in in accordance with one or more aspects of the present invention. In one example, the alignment layer is about the same thickness as the crystal. In one example, the material of the alignment layer 124 may include extruded plastic, such as PET, polypropylene, or polycarbonate. Between the backing layer 120 and the alignment layer 124 is the adhesive layer 122, which may have a thickness of, for example, from about 20 microns to about 50 microns in one example and about 25 microns in another example. In one example, layer 122 may include a pressure sensitive adhesive to securely pressurize the layers immediately above and below the pressure sensitive adhesive. Non-limiting examples of adhesive layer 122 include acrylic or silicone adhesive. The pressure-sensitive adhesive may be part of, for example, a double-sided adhesive tape, which may include, for example, a rigid plastic backing (eg, PET) with an adhesive applied thereto. Such adhesive tapes are commercially available as described above.

Многослойный коллектор 106 может быть связан с электрической схемой 108, например, при помощи связующего слоя 126, который может включать в себя, например, клей, чувствительный к давлению, толщиной, например, от 50 микрон до приблизительно 70 микрон в одном примере и приблизительно 60 микрон в другом примере. Неограничивающие примеры клеевого слоя 126 включают в себя акриловый или силиконовый клей. Клей, чувствительный к давлению, может представлять собой часть, например, односторонней клейкой ленты, которая может включать в себя, например, жесткую пластмассовую подкладку (например, ПЭТ) с нанесенным на нее клеем. Такие клейкие ленты являются коммерчески доступными, как описано выше. Электрическая схема может быть гибкой или жесткой (например, плата с печатным монтажом) и иметь толщину, например, от приблизительно 200 микрон до приблизительно 300 микрон в одном примере и приблизительно 250 микрон в другом примере.The multilayer manifold 106 may be coupled to the electrical circuit 108, for example, by means of an adhesive layer 126, which may include, for example, a pressure-sensitive adhesive, with a thickness of, for example, from 50 microns to about 70 microns in one example and about 60 micron in another example. Non-limiting examples of adhesive layer 126 include acrylic or silicone adhesive. The pressure-sensitive adhesive may be part of, for example, a single-sided adhesive tape, which may include, for example, a rigid plastic backing (eg, PET) with adhesive applied thereto. Such adhesive tapes are commercially available as described above. The circuitry may be flexible or rigid (eg, a printed circuit board) and have a thickness of, for example, from about 200 microns to about 300 microns in one example and about 250 microns in another example.

Как выравнивающий слой 124, так и связующий слой 126 содержат вырез 132 для датчика 134 на электрической схеме, такой, что активная поверхность (138, ФИГ. 3) может быть по существу в одной плоскости с многослойным коллектором, когда реагент находится в контакте с активной поверхностью. Наконец, электрическая схема связана с корпусом 104 картриджа при помощи связующего слоя 130, который может включать в себя клей, чувствительного к давлению, и иметь толщину, например, от приблизительно 50 микрон до приблизительно 150 микрон в одном примере и приблизительно 100 микрон в другом примере. Неограничивающие примеры клеевого слоя 130 включают в себя акриловый или силиконовый клей. Клей, чувствительный к давлению, может представлять собой часть, например, двусторонней клейкой ленты, которая может включать в себя, например, жесткую пластмассовую подкладку (например, ПЭТ) с нанесенным на нее клеем. Такие клейкие ленты являются коммерчески доступными, как описано выше.Both the leveling layer 124 and the tie layer 126 include a cutout 132 for the sensor 134 in the electrical circuit such that the active surface (138, FIG. 3) can be substantially coplanar with the multilayer collector when the reagent is in contact with the active surface. surface. Finally, the circuitry is coupled to the cartridge body 104 by an adhesive layer 130, which may include a pressure-sensitive adhesive and have a thickness of, for example, from about 50 microns to about 150 microns in one example and about 100 microns in another example. . Non-limiting examples of adhesive layer 130 include acrylic or silicone adhesive. The pressure-sensitive adhesive may be part of, for example, a double-sided adhesive tape, which may include, for example, a rigid plastic backing (eg, PET) with an adhesive applied thereto. Such adhesive tapes are commercially available as described above.

На ФИГ. 3 представлен вид в изометрии одного примера датчика 134 во взаимосвязи с многослойным коллектором 106 и электрической схемой 108. Активная поверхность датчика и структура многослойного коллектора вокруг и выше датчика (т.е. жидкостный распределительный слой 116, ФИГ. 2), куда вводят реагент (реагенты), образуют проточную ячейку. Канал 136 проточной ячейки доставляет жидкий реагент (реагенты) к активной поверхности 138 датчика (датчиков), расположенного на кристалле 140, а затем отводит жидкий реагент (реагенты) от датчика. Вещество (вещества), например, биологическое или химическое вещество (вещества) могут быть введены в пространство для внутрисхемного измерения посредством активной поверхности датчика. Полупроводниковый датчик может быть изготовлен на кремниевой подложке (например, кремниевой пластине), которая становится кристаллом после отрезания от кремниевой пластины. Толщина кристалла зависит от размера (диаметра) кремниевой пластины. Например, стандартная кремниевая пластина с диаметром 51 мм может иметь толщину приблизительно 275 микрон, тогда как стандартная кремниевая пластина диаметром 300 мм может иметь толщину приблизительно 775 микрон. В контексте настоящего документа активная область датчика (датчиков) относится к поверхности датчика, которая будет контактировать с реагентом (реагентами) для измерения. На кристалле может быть более одного датчика, при этом на одном и том же кристалле могут быть образованы различные датчики. Канал проточной ячейки может содержать, например, силикатное стекло (например, алюмосиликатное стекло). Кристалл герметизируют на участках 142 герметизации. В одном примере каждый участок герметизации включает в себя, например, соединяющий клей 144, конструкционный клей 146 и проволочные соединения 148 с использованием, например, золотой проволоки, покрытой инкапсулирующей оболочкой 150 проводных соединений в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. Кристалл может быть прикреплен к электрической схеме 108 клеем, например, дисперсным клеем, отверждаемым ультрафиолетовым облучением или клеем, чувствительным к давлению (например, акриловым или силиконовым клеем). Электрическое соединение между схемой и датчиком может быть выполнено рядом способов, например, монтажом проводных соединений при низких температурах, что предотвращает воздействие на кристалл высоких температур. Проводные соединения относительно невелики и могут представлять собой провода, приваренные ультразвуковым методом, которые образуют электрические соединения между датчиком и схемой. Эти электрические соединения могут быть защищены при помощи, например, клея, диспергируемого на проводах (например, клея, отверждаемого ультрафиолетовым (УФ)-облучением, который полностью инкапсулирует провода при отверждении УФ-облучением, преобразуясь в твердую форму. Серийно производимый клеем, отверждаемый УФ-облучением, может быть приобретен, например, у компании Dymax Corporation, г. Торрингтон, штат Коннектикут. Интерфейс 141 между кристаллом 140 и жидкостным каналом коллектора герметизирован так, чтобы активная поверхность датчика контактировала с жидкостью (жидкостями) в многослойном коллекторе, одновременно изолируя жидкость от электрических межсоединений и других составных частей схемы, которые могут быть закорочены из-за присутствия электропроводящей жидкости.FIG. 3 is an isometric view of one example of sensor 134 in conjunction with multilayer manifold 106 and circuitry 108. The active surface of the sensor and the structure of the multilayer manifold around and above the sensor (i.e., fluid distribution layer 116, FIG. 2) where the reagent is injected ( reagents) form a flow cell. The flow cell channel 136 delivers the liquid reagent(s) to the active surface 138 of the sensor(s) located on the chip 140 and then diverts the liquid reagent(s) away from the sensor. Substance(s), such as biological or chemical agent(s), may be introduced into the in-circuit measurement space via the active surface of the sensor. The semiconductor sensor may be fabricated on a silicon substrate (eg a silicon wafer) which becomes a crystal after being cut from the silicon wafer. The thickness of the crystal depends on the size (diameter) of the silicon wafer. For example, a standard silicon wafer with a diameter of 51 mm may have a thickness of approximately 275 microns, while a standard silicon wafer with a diameter of 300 mm may have a thickness of approximately 775 microns. In the context of this document, the active area of the sensor(s) refers to the surface of the sensor that will be in contact with the reagent(s) for measurement. There can be more than one sensor on a chip, and different sensors can be formed on the same chip. The flow cell channel may comprise, for example, silicate glass (eg, aluminosilicate glass). The crystal is sealed in the areas 142 sealing. In one example, each sealing site includes, for example, bonding adhesive 144, structural adhesive 146, and wire connections 148 using, for example, gold wire coated with a wire bond encapsulation 150 in accordance with one or more aspects of the present invention. The die may be attached to circuitry 108 with an adhesive, such as a UV-curable dispersion adhesive or a pressure-sensitive adhesive (eg, acrylic or silicone adhesive). The electrical connection between the circuit and the sensor can be made in a number of ways, such as wiring at low temperatures, which prevents the chip from being exposed to high temperatures. The wire connections are relatively small and can be ultrasonic welded wires that form the electrical connections between the sensor and the circuit. These electrical connections can be protected with, for example, a wire-dispersible adhesive (e.g., an ultraviolet (UV) curing adhesive that completely encapsulates the wires when cured by UV radiation into a solid form. Commercially available UV-cured adhesive -irradiation, may be purchased from, for example, Dymax Corporation, Torrington, Conn. The interface 141 between the die 140 and the manifold fluid path is sealed so that the active surface of the sensor contacts the fluid(s) in the multilayer manifold while isolating the fluid from electrical interconnects and other circuit components that may be short-circuited due to the presence of an electrically conductive liquid.

На ФИГ. 4 представлен вид в изометрии одного примера поперечного сечения области датчика, взятой поперек линии 152, показанной на ФИГ. 3. Как показано на чертеже, реагент под действием насоса (107, ФИГ. 1) распределяется от входа 103 из резервуара для реагента (например, внутри ротора 102 для реагента, показанного на ФИГ. 1) к проточной линии 156, присоединенной к каналу 136 проточной ячейки, по активной поверхности 138 датчика в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 4 is an isometric view of one example of a cross-sectional area of the sensor taken across the line 152 shown in FIG. 3. As shown in the drawing, the reagent under the action of the pump (107, FIG. 1) is distributed from the inlet 103 of the reagent tank (for example, inside the rotor 102 for the reagent shown in FIG. 1) to the flow line 156 attached to the channel 136 flow cell, on the active surface 138 of the sensor in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 5-10 изображены различные этапы создания картриджа 100, показанного на ФИГ. 1. На ФИГ. 5 представлен вид в изометрии одного примера электрической схемы 108 с прикрепленным к ней датчиком 134 (например, склеенных) в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 5-10 depict the various steps involved in creating the cartridge 100 shown in FIG. 1. In FIG. 5 is an isometric view of one example of an electrical circuit 108 with a sensor 134 attached thereto (eg, glued) in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 6 показано прикрепление выравнивающего слоя 124 к электрической схеме 108, изображенной на ФИГ. 5, при помощи, например, связующего слоя 126 в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 6 shows the attachment of the leveling layer 124 to the electrical circuit 108 shown in FIG. 5 using, for example, an adhesive layer 126 in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 7 показаны подача и выдерживание соединяющего клея 144 на конструкции, изображенной на ФИГ. 6, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 7 shows the application and retention of bonding adhesive 144 on the structure shown in FIG. 6 in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 8 показан один пример прикрепления многослойного коллектора 106 (например, как раскрыто со ссылкой на ФИГ. 2) к выравнивающему слою 124 на электрической схеме 108, изображенной на ФИГ. 7, при помощи, например, связующего слоя 122 (ФИГ. 2) в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 8 shows one example of attaching a multilayer manifold 106 (eg, as disclosed with reference to FIG. 2) to an alignment layer 124 in electrical circuit 108 of FIG. 7, using, for example, a tie layer 122 (FIG. 2) in accordance with one or more aspects of the present invention.

На ФИГ. 9 показан один пример монтажа проводных соединений 148 на структуре, изображенной на ФИГ. 8, например, монтажа проводных соединений при низких температурах, инкапсулирования проводных соединений, например, при помощи инкапсулирующей оболочки 150 для проводных соединений и прикрепления канала 136 проточной ячейки, V-образный удлинитель жидкостного пути на противоположных сторонах датчика, доставляющий реагент (реагенты) к активной поверхности датчика для измерения в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. Проводное соединение может включать в себя металл, например, алюминий, медь, серебро или золото.FIG. 9 shows one example of wiring connections 148 on the structure shown in FIG. 8, such as wiring at low temperatures, encapsulating the wiring, such as using a wiring encapsulation 150 and attaching a flow cell channel 136, a V-shaped fluid path extension on opposite sides of the sensor delivering the reagent(s) to the active a sensor surface for measurement in accordance with one or more aspects of the present invention. The wire connection may include a metal such as aluminum, copper, silver, or gold.

На ФИГ. 10 показан один пример прикрепления структуры, изображенной на ФИГ. 9, к ротору 102 для реагента и корпусу 104 картриджа, например, связывания (склеивания) при помощи связующего слоя 130 (ФИГ. 2), который может включать в себя клей (например, клей, чувствительный к давлению, как описано выше) в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.FIG. 10 shows one example of attaching the structure shown in FIG. 9 to the reagent rotor 102 and the cartridge body 104, such as bonding (gluing) with the bonding layer 130 (FIG. 2), which may include an adhesive (eg, pressure-sensitive adhesive as described above) according to with one or more aspects of the present invention.

В первом аспекте, представленном выше, раскрыто устройство. Устройство содержит электрическую схему и датчик (датчики) на кристалле, прикрепленном к схеме, причем схема содержит электрическое межсоединение для внешнего электрического соединения, и многослойный коллектор, прикрепленный к схеме для подачи жидкого реагента по активной поверхности датчика (датчиков), при этом многослойный коллектор содержит жидкостный канал (каналы), а интерфейс между кристаллом и жидкостным каналом (каналами) герметизируют.In the first aspect presented above, a device is disclosed. The device comprises an electrical circuit and an on-chip sensor(s) attached to the circuit, the circuit comprising an electrical interconnect for an external electrical connection, and a multilayer manifold attached to the circuit for supplying a liquid reagent over the active surface of the sensor(s), the multilayer collector comprising the liquid channel(s), and the interface between the crystal and the liquid channel(s) is sealed.

В одном примере датчик (датчики) может включать в себя, например, полупроводник. В другом примере датчик (датчики) может принимать форму, например, датчика на комплементарной структуре металл-окисел-полупроводник (КМОП) (например, датчик изображения на КМОП-структуре).In one example, the sensor(s) may include, for example, a semiconductor. In another example, the sensor(s) may take the form of, for example, a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) sensor (eg, a CMOS image sensor).

В одном примере многослойный коллектор в устройстве согласно первому аспекту может включать в себя, например, несколько слоев, которые могут включать в себя, например, верхний покровный слой, жидкостный распределительный слой, подложечный слой и нижний выравнивающий слой. В одном примере схема может быть, например, связана с выравнивающим слоем, а выравнивающий слой может иметь, например, толщину, приблизительно равную общей толщине датчика (датчиков) и кристалла.In one example, the multilayer manifold in the device according to the first aspect may include, for example, multiple layers, which may include, for example, a top cover layer, a fluid distribution layer, a substrate layer, and a bottom alignment layer. In one example, the circuitry may, for example, be associated with an alignment layer, and the alignment layer may, for example, have a thickness approximately equal to the combined thickness of the sensor(s) and die.

В одном примере клей, чувствительный к давлению, может находиться, например, между соседними слоями из множества слоев многослойного коллектора.In one example, the pressure sensitive adhesive may be, for example, between adjacent layers of a plurality of layers of a multilayer manifold.

В одном примере соседние слои многослойного коллектора могут быть, например, механически присоединены друг к другу, например, при помощи крепежных элементов или винтов.In one example, adjacent layers of a multilayer manifold may, for example, be mechanically attached to each other, such as by means of fasteners or screws.

В одном примере устройство согласно первому аспекту может быть, например, частью картриджа, такого как используется для биологического анализа.In one example, the device according to the first aspect may be, for example, part of a cartridge, such as used for biological analysis.

В одном примере устройство согласно первому аспекту может быть, например, частью картриджа, такого как используется для химического анализа.In one example, the device according to the first aspect may be, for example, part of a cartridge such as is used for chemical analysis.

В одном примере устройство согласно первому аспекту может быть, например, частью картриджа, при этом картридж может дополнительно включать в себя, например, систему хранения и доставки реагента, соединенную с многослойным коллектором, при этом корпус картриджа и насос подачи реагента соединены с системой хранения и доставки реагента.In one example, the device according to the first aspect may be, for example, part of a cartridge, wherein the cartridge may further include, for example, a reagent storage and delivery system connected to a multilayer manifold, wherein the cartridge housing and a reagent supply pump are connected to the storage system and reagent delivery.

В одном примере многослойный коллектор в устройстве согласно первому аспекту может иметь, например, вырез (вырезы) для кристалла. В одном примере кристалл может быть, например, связан с электрической схемой при помощи проводного монтажа.In one example, the multilayer collector in the device according to the first aspect may have, for example, cutout(s) for a chip. In one example, the chip may be, for example, connected to an electrical circuit using wiring.

В одном примере во время эксплуатации устройства согласно первому аспекту реагент может, например, доставляться через многослойный коллектор по активной поверхности датчика (датчиков). В одном примере только активная поверхность (поверхности) датчика (датчиков) подвергается воздействию реагента.In one example, during operation of the device according to the first aspect, the reagent may, for example, be delivered through a multilayer manifold over the active surface of the sensor(s). In one example, only the active surface(s) of the sensor(s) is exposed to the reagent.

Во втором аспекте, представленном выше, раскрыт способ. Способ включает в себя сборку многослойного коллектора, причем многослойный коллектор включает в себя жидкостный канал (каналы), прикрепление кристалла с датчиком (датчиками) к электрической схеме, причем схема включает в себя электрическое межсоединение. Способ дополнительно включает в себя прикрепление выравнивающего слоя к электрической схеме, при этом выравнивающий слой содержит вырез для кристалла, размещение герметизирующего клея по сторонам кристалла, прикрепление многослойного коллектора к схеме, и герметизацию интерфейса между кристаллом и жидкостным каналом (каналами), при этом многослойный коллектор и прикрепленная схема вместе образуют сборочный узел.In the second aspect presented above, a method is disclosed. The method includes assembling a multilayer manifold, the multilayer manifold including a fluid channel(s), attaching a chip with a sensor(s) to an electrical circuit, the circuit including an electrical interconnect. The method further includes attaching an alignment layer to the circuitry, wherein the alignment layer includes a cutout for the chip, placing sealant adhesive on the sides of the chip, attaching the multilayer manifold to the circuit, and sealing the interface between the chip and the fluid channel(s), wherein the multilayer manifold and the attached circuit together form an assembly.

В одном примере способ может дополнительно включать в себя, например, прикрепление сборочного узла к картриджу.In one example, the method may further include, for example, attaching the assembly to the cartridge.

В одном примере сборка многослойного коллектора в способе согласно второму аспекту может включать в себя, например, несколько ламинирующих слоев, при этом слои могут включать в себя, например, верхний покровный слой, жидкостный распределительный слой, подложечный слой и нижний выравнивающий слой. В одном примере ламинирование может включать в себя, например, применение клея между соседними слоями (например, клея, чувствительного к давлению).In one example, the multilayer manifold assembly in the method of the second aspect may include, for example, multiple lamination layers, where the layers may include, for example, a top cover layer, a fluid distribution layer, a backing layer, and a bottom alignment layer. In one example, lamination may include, for example, the application of an adhesive between adjacent layers (eg, a pressure sensitive adhesive).

В одном примере способ согласно второму аспекту может дополнительно включать в себя, например, использование сборочного узла для секвенирования.In one example, the method according to the second aspect may further include, for example, using a sequencing assembly.

В одном примере способ согласно второму аспекту может дополнительно включать в себя, например, использование сборочного узла для генотипирования.In one example, the method according to the second aspect may further include, for example, using a genotyping assembly.

Хотя в настоящем описании изобретения были раскрыты и изображены несколько аспектов, специалистами в данной области техники могут быть осуществлены альтернативные аспекты для достижения тех же целей. Соответственно, имеется в виду, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие альтернативные аспекты.Although several aspects have been disclosed and depicted in the present specification, alternative aspects may be implemented by those skilled in the art to achieve the same objectives. Accordingly, the appended claims are intended to cover all such alternative aspects.

Следует понимать, что, как предполагается, все комбинации вышеописанных концепций (при условии, что такие концепции не являются взаимно несовместимыми) являются частью объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленного объекта изобретения, появляющиеся в конце настоящего описания, рассматриваются как составляющие часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе.It should be understood that all combinations of the concepts described above (provided such concepts are not mutually incompatible) are intended to be part of the subject matter disclosed herein. In particular, all combinations of claimed subject matter appearing at the end of this specification are considered to form part of the subject matter disclosed herein.

Claims

1. Device for biological or chemical analysis, containing:

an electrical circuit and at least one on-chip sensor attached to the electrical circuit, the electrical circuit comprising an electrical interconnect for an external electrical connection; and

a multilayer manifold attached to an electrical circuit for supplying a liquid reagent over the active surface of at least one sensor, wherein the multilayer manifold contains at least one liquid channel and at least one cutout for the crystal, and the interface between the crystal and at least one liquid channel is sealed.

2. The device according to claim. 1, characterized in that at least one sensor contains a semiconductor.

3. The device according to claim. 2, characterized in that at least one sensor contains a sensor on a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) structure.

4. The device according to claim 1, characterized in that the multilayer collector contains a plurality of layers, including:

top cover layer;

liquid distribution layer;

underlayer and

bottom leveling layer.

5. The device according to claim. 4, characterized in that the electrical circuit is associated with an equalization layer, and the equalization layer has a thickness equal to the total thickness of at least one sensor and crystal.

6. The device according to claim 4, characterized in that between adjacent layers of a plurality of layers there is a pressure-sensitive adhesive.

7. The device according to claim 4, characterized in that adjacent layers of a plurality of layers are mechanically attached to each other.

8. The device according to claim. 1, characterized in that it is part of a cartridge for biological analysis.

9. Device according to claim. 1, characterized in that it is part of a cartridge for chemical analysis.

10. The device according to claim 1, characterized in that it is part of a cartridge, and the cartridge further comprises:

a reagent storage and delivery system coupled to the multilayer manifold; and

a cartridge body and a reagent supply pump connected to a reagent storage and delivery system.

11. The device according to claim. 1, characterized in that the crystal is connected to the electrical circuit using wired wiring.

12. The device according to claim 1, characterized in that during operation of the device it is possible to deliver a reagent through a multilayer collector along the active surface of at least one sensor.

13. The device according to claim 12, characterized in that it is possible that only the active surface of at least one sensor is exposed to the reagent.

14. Method for biological or chemical analysis, including the following steps:

collecting a multilayer collector, while the multilayer collector contains at least one liquid channel and at least one cutout for the crystal;

attaching at least one on-chip sensor to the circuitry, the circuitry comprising an electrical interconnection;

attaching an equalization layer to the electrical circuit, wherein the equalization layer includes a chip cutout;

placing a sealing adhesive on the sides of the crystal;

attaching the multilayer collector to the electrical circuit and sealing the interface between the chip and at least one fluid channel;

wherein the multilayer manifold and the attached circuitry together form an assembly.

15. The method of claim 14, further comprising attaching said assembly to the cartridge.

16. The method according to claim 14, characterized in that the assembly of the multilayer manifold includes laminating a plurality of layers, wherein the plurality of layers includes:

top cover layer;

liquid distribution layer;

underlayer and

bottom leveling layer.

17. The method of claim 16, wherein the lamination comprises applying a pressure-sensitive adhesive between adjacent layers of the plurality of layers.

18. The method of claim 14, further comprising using a sequencing assembly.

19. The method of claim 14, further comprising using a genotyping assembly.