生物芯片與IC芯片相似,要在很小的面積上,在短時間中進(jìn)行大量運算,生物芯片主要的“運算”是生化感測或反應(yīng)。不同的是,生物芯片上覆載的不是晶體管,而是數(shù)萬顆極微小的生化反應(yīng)組,能夠每秒進(jìn)行高達(dá)千次、萬次的生化反應(yīng)。不過未來幾年市場可望逐步擴大,未來可望大量應(yīng)用于需要檢測的領(lǐng)域,因為檢測須仰賴有效的大量信息處理,才能夠準(zhǔn)確可靠。未來市場可望擴展到醫(yī)院,進(jìn)一步發(fā)展到臨床領(lǐng)域,甚至進(jìn)入家庭市場。
生物芯片與IC后段(backend)在制造技術(shù)與流程上有許多相似之處。
首先,兩者均有前道工序,在IC制造方面,先要有傳統(tǒng)的MOS元件;而生物芯片方需要以高壓震破或化學(xué)方法將DNA自細(xì)胞內(nèi)分離出來。
其次,兩者都有相當(dāng)類似的核心技術(shù),IC制程中的曝光(含layout)和蝕刻技術(shù)決定了金屬導(dǎo)線線寬(line width),某種程度上也決定了IC的運算速度;LOAC最重要的關(guān)鍵芯片是微流體芯片的制造,目前是以微機電技術(shù)(micro-electronic machining system, MEMS)來制作微流(micro-channel),其制作的三大主軸分別為電腦輔助設(shè)計(CAD)、曝光與蝕刻技術(shù),二者同樣均具備設(shè)計與加工的制程特性。
IC經(jīng)過蝕刻后緊接著需進(jìn)行后續(xù)的蝕刻后清洗與金屬導(dǎo)線填充;DNA在微流體芯片內(nèi)經(jīng)過聚合脢連鎖反應(yīng)(polymerase chain reaction, PCR)放大后繼續(xù)進(jìn)入下一個分析芯片,DNA芯片,進(jìn)行雜交反應(yīng)(hybridization),二者均涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)機制。
IC的良率如何,須經(jīng)由電性的結(jié)果決定,一顆IC能否使用必定要通過WAT(wafer at test)的嚴(yán)格把關(guān);而生物芯片經(jīng)過一連串的篩檢、比對后則有賴分析儀器處理龐大的資料和數(shù)據(jù),以現(xiàn)今的技術(shù)仍無法將具有可大量處理數(shù)據(jù)的計算機放入一個芯片中,一般仍以外接方式進(jìn)行運算和分析,這點可能需依賴于下一代新興技術(shù)——分子電子(molelectronics)或奈米電子(nanoelectronics)的努力方可如愿,無論如何,二者都需要經(jīng)由電算方法進(jìn)行分析。
最后,IC通過電性測試后即可進(jìn)行封裝,以目前較先進(jìn)的技術(shù)CSP(chip scale package)可直接在晶圓上完成封裝后再切割;而未來的生物芯片因為是將各種功能性結(jié)構(gòu)組裝(assembly)在一個基板上,必須考慮各結(jié)構(gòu)間的連結(jié)、與對位(alignment),可能要以更先進(jìn)的系統(tǒng)封裝技術(shù)(system in package, SIP)來處理。
可見,二種產(chǎn)品的制造過程均可以用模組化區(qū)分,技術(shù)發(fā)展歷程與目標(biāo)也有相似之處,IC是縮小導(dǎo)線寬、降低介電層介電常數(shù)(dielectric constant)達(dá)到更高速的運算能力;生物芯片是藉由精確微通道設(shè)計制造與表面化學(xué)的增進(jìn)提高篩檢靈敏度,二者都有一段漫長的研發(fā)路程要走。