生物芯片与IC芯片相似,要在很小的面积上,在短时间中进行大量运算,生物芯片主要的“运算”是生化感测或反应。不同的是,生物芯片上覆载的不是晶体管,而是数万颗极微小的生化反应组,能够每秒进行高达千次、万次的生化反应。不过未来几年市场可望逐步扩大,未来可望大量应用于需要检测的领域,因为检测须仰赖有效的大量信息处理,才能够准确可靠。未来市场可望扩展到医院,进一步发展到临床领域,甚至进入家庭市场。
生物芯片与IC后段(backend)在制造技术与流程上有许多相似之处。
首先,两者均有前道工序,在IC制造方面,先要有传统的MOS元件;而生物芯片方需要以高压震破或化学方法将DNA自细胞内分离出来。
其次,两者都有相当类似的核心技术,IC制程中的曝光(含layout)和蚀刻技术决定了金属导线线宽(line width),某种程度上也决定了IC的运算速度;LOAC最重要的关键芯片是微流体芯片的制造,目前是以微机电技术(micro-electronic machining system, MEMS)来制作微流(micro-channel),其制作的三大主轴分别为电脑辅助设计(CAD)、曝光与蚀刻技术,二者同样均具备设计与加工的制程特性。
IC经过蚀刻后紧接着需进行后续的蚀刻后清洗与金属导线填充;DNA在微流体芯片内经过聚合脢连锁反应(polymerase chain reaction, PCR)放大后继续进入下一个分析芯片,DNA芯片,进行杂交反应(hybridization),二者均涉及复杂的化学反应机制。
IC的良率如何,须经由电性的结果决定,一颗IC能否使用必定要通过WAT(wafer at test)的严格把关;而生物芯片经过一连串的筛检、比对后则有赖分析仪器处理庞大的资料和数据,以现今的技术仍无法将具有可大量处理数据的计算机放入一个芯片中,一般仍以外接方式进行运算和分析,这点可能需依赖于下一代新兴技术——分子电子(molelectronics)或奈米电子(nanoelectronics)的努力方可如愿,无论如何,二者都需要经由电算方法进行分析。
最后,IC通过电性测试后即可进行封装,以目前较先进的技术CSP(chip scale package)可直接在晶圆上完成封装后再切割;而未来的生物芯片因为是将各种功能性结构组装(assembly)在一个基板上,必须考虑各结构间的连结、与对位(alignment),可能要以更先进的系统封装技术(system in package, SIP)来处理。
可见,二种产品的制造过程均可以用模组化区分,技术发展历程与目标也有相似之处,IC是缩小导线宽、降低介电层介电常数(dielectric constant)达到更高速的运算能力;生物芯片是藉由精确微通道设计制造与表面化学的增进提高筛检灵敏度,二者都有一段漫长的研发路程要走。