CN101185002A - 包括无线通信半导体芯片的组件 - Google Patents
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Abstract
半导体芯片(CHP)和半导体芯片驱动器(RDR)以无线方式彼此通信。为此，半导体芯片驱动器(RDR)产生集中在半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上的能通量(FX1；FX2)。在半导体芯片(CHP)中，无线通信接口(WCI)响应于能通量(FX1；FX2)向信号处理电路提供电信号。信号处理电路占据区域(AS)，该区域(AS)基本上与其上集中有能通量(FX1；FX2)的转换器区域(AT1；AT2)分离。
Description
技术领域
本发明的一方面涉及包括可以以无线方式彼此通信的半导体芯片和半导体芯片驱动器的组件。例如，该半导体芯片可以包括用于检测生物物质中特定生物元素的存在的生物传感器电路。本发明的其它方面涉及半导体芯片、半导体芯片驱动器、与半导体芯片建立无线通信的方法、物质分析系统和物质分析模块(cartridge)。
背景技术
URLhttp://www.gpigaming.com/sas_products_rfid.shtml标识出与RFID芯片相关的网页(URL是统一资源定位器的首字母缩写；RFID是射频识别设备的首字母缩写)。该网页在2005年5月9日描述了下述内容。读出器是必需的，以与RFID芯片通信。RFID芯片和读出器之间的通信如下所述。经输入命令的触发，C.P.U.使得读出器板(reader board)生成传给读出器天线以产生电磁场的电子信号。每一RFID芯片的内置天线接收该场并将其转化为能量以激活其集成电路。然后读出器和芯片可以使用射频波交换信息。最终可以对数据(唯一序列号、芯片值…)进行处理或将数据输入在数据库中。该过程提供了对芯片的自动的和100％精确的管理(accounting)。
发明内容
根据本发明的一方面，半导体芯片和半导体芯片驱动器以无线的方式彼此通信。为此，半导体芯片驱动器生成集中在半导体芯片的转换器区域上的能通量。在半导体芯片中，无线通信接口响应于能通量向信号处理电路提供电信号。信号处理电路占据与其上集中了能通量的转换器区域基本上分离的区域。
本发明考虑到以下方面。通常设置可以以无线的方式彼此通信的半导体芯片和半导体芯片驱动器，以实现如下目的。半导体芯片无需为了与半导体芯片驱动器通信而处于特定的位置。半导体芯片可以在覆盖范围内的任何位置与半导体芯片驱动器通信。以这种方式设置RFID系统。在RFID系统中，通常称为读出器的半导体芯片驱动器生成分布在整个覆盖范围的电磁场。半导体芯片系统通过覆盖了特定表面的天线接收该电磁场。对于给定的电磁场强度，天线的表面越大，覆盖范围越大。
用于RFID系统的半导体芯片可以具有内置天线，而非外部天线。内置天线必须尽可能地大，使得基本上整个半导体芯片表面都有助于将电磁场转化为电信号。即，基本上整个半导体芯片表面都必须形成转换器区域。否则，覆盖区域将太小或者电磁场将需要为不切实际地强，或者甚至二者同时发生。
可以以无线的方式彼此通信的半导体芯片和半导体芯片驱动器，可以被有利地用于除例如RFID系统等的识别系统以外的系统中。例如，这种无线通信芯片一驱动器组件可以有利地用于测量系统，其中半导体芯片包括测量电路。使半导体芯片与待分析的物质接触。由于半导体芯片可以以无线的方式与半导体芯片驱动器通信，因此可以避免半导体芯片驱动器与待分析的物质之间的任何物理接触。只有半导体芯片需要与待分析的物质物理接触。这允许更精确的测量结果。
在测量系统中，可以以与识别系统相似的方式设置无线通信芯片一驱动器组件。在那种情况下，存在于半导体芯片上的测量电路将被暴露于半导体芯片驱动器所产生的能量场。该能量场可能干扰测量电路所执行的测量。这种干扰可能是很严重的，使得较之其中包括测量电路的半导体芯片和外部电路之间存在物理接触的测量系统的那些测量结果来说，测量系统提供较不精确的测量结果。在那种情况下，无线通信在更精确的测量结果方面不带来任何的益处。例如，如果存在于半导体芯片上的测量电路处理幅值相对较小的模拟信号，例如亚微伏电压，情况尤其是这样。
根据本发明，半导体芯片驱动器生成集中在半导体芯片的转换器区域上的能通量。在半导体芯片中，无线通信接口响应于能通量向信号处理电路提供电信号。信号处理电路占据与其上集中了能通量的转换器区域基本上分离的区域。
因此，本发明防止能通量到达半导体芯片上信号处理电路所占据的区域。因此信号处理电路基本上不暴露于能通量，通过能通量半导体芯片和半导体芯片驱动器以无线方式通信。能通量将基本上不干扰信号处理电路所处理的信号。这些信号可以相对较小。因此，信号处理电路可以提供精确的信号处理结果，例如测量结果。此外，本发明在一方面的信号处理电路和另一方面的与信号处理电路配合的外部电路之间提供电绝缘。这进一步有助于无干扰操作。由于这些原因，本发明允许相对较精确的信号处理结果。
本发明的另一优势涉及以下方面。一个与另一个电路之间的任何电接触可能腐蚀并在一定时间段之后导致不正常工作。此外，电接触可能暴露于机械应力下，机械应力在一定时间段以后可能导致电接触发生故障。可能出现不良触点。由于半导体芯片和半导体芯片驱动器以无线的方式通信，所以在两个前述的实体之间无需任何电接触。由于这些原因，本发明允许相对较高的可靠性。
以下，将参考附图对本发明的这些和其它方面进行更详细地描述。
附图说明
图1是示出无线生物传感器的方框图；
图2是示出其上配置了无线生物传感器的半导体芯片的示意图；
图3是示出包括其上配置了无线生物传感器的半导体芯片的生物传感器系统的截面图；
图4A-4C是示出用于在生物传感器系统中对准半导体芯片的技术的示意图。
具体实施方式
图1示出无线生物传感器WBS，其可以实现在半导体芯片上。无线生物传感器WBS包括生物传感器电路BSC和无线通信接口WCI。生物传感器电路BSC包括检测电路DTC、感应元件IEL和磁阻(magnetoresistive)传感器MRS。无线通信接口WCI包括四个线圈L1、L2、L3、L4和四个接口电路IC1、IC2、IC3、IC4。
生物传感器电路BSC通常如下运行。检测电路DTC将电流IIEL施加到感应元件IEL。流过感应元件IEL的电流IIEL产生电磁场。电磁场穿过磁阻传感器MRS。与磁阻传感器MRS相对较近的磁性粒子影响穿过磁阻传感器MRS的电磁场的特性。结果，磁阻传感器MRS具有依赖于相对较近的磁性粒子的存在的阻抗。磁阻传感器MRS设有选择性地结合待检测的特定的生物元素的结合结构。例如，待检测的生物元素可以是特定的分子结构，例如DNA、蛋白质、氨基酸或分子指示药剂(molecules indicating drug)。
将待测试的生物物质施加到生物传感器电路BSC上。例如，该生物物质可以是血液或唾液或任何其它的体液。待检测的生物元素选择性地粘合到磁阻传感器和磁性粒子的表面。因此，磁阻传感器MRS的阻抗依赖于待检测生物元素的存在。检测电路DTC检测磁阻传感器MRS的阻抗，从而检测前述生物元素的存在。在并入此处作为参考的专利申请号(案卷号PHNL030949)中可以找到更多的细节。
无线通信接口WCI允许生物传感器电路BSC与外部电路通信，该外部电路是不形成半导体芯片的部分的电路。此外，生物传感器电路BSC通过无线通信接口WCI接收电源信号。
例如，假设线圈L1接收相对较强的电磁场。对其响应，接口电路IC1产生包括电源分量的接口信号S1。为此，接口电路IC1可以包括，例如整流器和稳压器。其它的接口电路IC2、IC3、IC4可以以相似的方式配置。因此，其它的接口电路IC2、IC3、IC4分别提供接口信号S2、S3、S4，每一接口信号都包括电源分量。
任一前述接口信号S1、S2、S3、S4都可以包括信息信号成分。信息信号成分可以载有从外部电路到生物传感器电路BSC的信息。信息信号成分也可以载有相反方向上的信息，即从生物传感器电路BSC到外部电路的信息。以下将对此进行更详细地说明。
图2示出其上配置有无线生物传感器WBS的半导体芯片CHP。半导体芯片CHP包括半导体衬底SUB，其上形成无线生物传感器WBS的前述元件和电路。图2示出生物传感器电路BSC形成在半导体芯片CHP的特定区域AS内。即，生物传感器电路BSC占据了半导体芯片CHP的该特定的区域AS，此后该区域将被称为生物传感器区域AS。
图2进一步示出线圈L1形成在与生物传感器区域AS分离的半导体芯片CHP的不同的特定区域AT1。其它线圈L1、L2、L3也是如此。即，四个线圈L1、L2、L3、L4分别占据彼此分离且与生物传感器区域AS分离的特定区域AT2、AT3、AT4。这些区域AT1、AT2、AT3、AT4将分别被称为转换器区域。图2所示的四个接口电路IC1、IC2、IC3、IC4可以形成在任何合适的剩余的区域。四个接口电路IC1、IC2、IC3、IC4可以集中在单个公共的区域或者可以各自占据半导体芯片CHP的不同的区域。图2示出后一种情况。
应该注意的是，其上分别形成四个线圈L1、L2、L3、L4的转换器区域AT1、AT2、AT3、AT4，与传统半导体芯片CHP的键合焊盘区域相似。假设转换器区域AT1不包括线圈L1，而是包括键合焊盘。在这种情况下，该键合焊盘将具有对于具有与半导体芯片CHP相似的大小的传统半导体芯片的键合焊盘来说典型的尺寸，图2示出半导体芯片CHP且其上形成无线生物传感器WBS。其它转换器区域AT2、AT3、AT4也是如此。否则，四个线圈L1、L2、L3、L4中的每一个都具有与传统半导体芯片的典型的键合焊盘可比的尺寸，其中传统半导体芯片具有与图2所示的半导体芯片CHP的尺寸相似的尺寸。
半导体芯片CHP上的四个线圈L1、L2、L3、L4优选由铜形成。铜具有低电阻率。因此，将有相对较少的信号损失。现代集成电路制造技术使得制造具有铜层的低成本半导体芯片成为可能，其中在铜层中可以形成元件。
图3示出生物传感器系统BSY的截面图。生物传感器系统BSY包括生物传感器模块CAR和生物传感器读出器RDR。图3的上部示出生物传感器模块CAR。图3的下部示出生物传感器读出器RDR。生物传感器模块CAR设置在生物传感器读出器RDR上且可以从其上去除，以便将另一生物传感器模块设置在读出器的生物传感器上。
生物传感器模块CAR包括微流体通道MFC和各种裸露的半磁轭NHY。微流体通道MFC具有输入口IN和输出口OUT。生物传感器模块CAR还包括其上形成了图1所示的无线生物传感器WBS的半导体芯片CHP。图3示出沿着图2中的线A-B的半导体芯片CHP的横截面。利用胶粘物将半导体芯片CHP固定到生物传感器模块CAR上，胶粘物形成液密封口X。
图3示出两个裸露的半磁轭NHY1、NHY2。裸露的半磁轭NHY1具有端表面，该端表面面向如图2中所示的线圈L1占据的半导体芯片CHP的转换器区域AT1。裸露的半磁轭NHY2具有端表面，该端表面面向线圈L2占据的转换器区域AT2。图3未示出图2所示的半导体芯片CHP的其它转换器区域AT3、AT4。然而，尽管图3未示出，生物传感器模块CAR包括用于这些其它的转换器区域AT3、AT4中的每一个的裸露的半磁轭。
生物传感器读出器RDR包括驱动器-读出器电路DRC、设有绕组W的各种半磁轭WHY、各种位移致动器(actuator)DA和外部连接器EC。图3示出分别设有绕组W1、W2的两个半磁轭WHY1、WHY2。半磁轭WHY1与生物传感器模块CAR中的裸露的半磁轭NHY1互补。半磁轭WHY2与生物传感器模块CAR中的裸露的半磁轭NHY2互补。
半磁轭WHY1包括面向前述的裸露的半磁轭NHY1的端表面的端表面。半导体芯片CHP的转换器区域AT1夹在这些对应的端表面之间。同样地，半磁轭WHY2包括面向前述的裸露的半磁轭NHY2的端表面的端表面。半导体芯片CHP的转换器区域AT2夹在这些对应的端表面之间。生物传感器读出器RDR还包括用于图2所示的其它的转换器区域AT3、AT4中的每一个的设有绕组的半磁轭。因为图3是沿图2中的线A-B的截面图，所以图3未示出这些转换器区域且未示出对应于这些转换器区域的半磁轭。
生物传感器模块CAR的裸露的半磁轭NHY和生物传感器读出器RDR的半磁轭WHY优选由具有高的磁导率的材料形成。优选地，该材料应该在所感兴趣的频率带来很小的信号损失。存在许多不同的铁氧体材料，每一种铁氧体材料在特定的频率范围内提供令人满意的性能。
生物传感器系统BSY如下运行。驱动器-读出器电路DRC向半磁轭WHY1上的绕组W1施加交流电。这使得磁通量FX1流过半磁轭WHY1和裸露的半磁轭NHY1。磁通量FX1穿过半导体芯片CHP的转换器区域AT1。如前面所述，半导体芯片CHP可以从磁通量FX1中获得电源分量。此外，驱动器-读出器电路DRC可以通过穿过转换器区域的磁通量FX1与半导体芯片CHP通信。
驱动器-读出器电路DRC可以以如下的方式将信息传输给半导体芯片CHP。驱动器-读出器电路DRC以表示待传输的信息的信号对流过绕组W1的交流电进行调制。因此，磁通量FX1将被以相同的信号调制。图2所示的转换器区域AT1内的线圈L1获得被调制的磁通量FX1。结果，图1所示的接口信号S1包括了载有驱动器-读出器电路DRC传输的信息的调制成分。生物传感器电路BSC可以从该调制成分中获得信息。
相反地，半导体芯片CHP可以向驱动器-读出器电路DRC传输信息。如之前参考图1所提到的那样，接口信号S1可以包括载有来自生物传感器电路BSC的信息的信息信号成分。该产生自生物传感器电路BSC的信息信号成分，可以对与线圈L1并联耦合的阻抗进行调制。然后该阻抗调制将对穿过线圈L1的磁通量FX1进行调制。从而，半磁轭WHY1上的绕组W1将把调制成分施加给驱动器-读出器电路DRC。驱动器-读出器电路DRC可以从半磁轭WHY1上的绕组W1所提供的调制成分中，获得产生自生物传感器电路BSC的信息。
驱动器-读出器电路DRC和半导体芯片CHP可以通过转换器区域AT2、裸露的半磁轭NHY2和设有绕组W2的半磁轭WHY2，以相似的方式彼此通信。同样地情况适用于图2示出而图3未示出的其它转换器区域AT3、AT4。如之前所提到的那样，对于这些其它的转换器区域AT3、AT4中的每一个来说，生物传感器系统BSY包括生物传感器模块CAR中的裸露的半磁轭和生物传感器读出器RDR中的具有绕组的半磁轭。总之，仿佛接合线将半导体芯片CHP连接到驱动器-读出器电路DRC一样，半导体芯片CHP可以与驱动器-读出器电路DRC通信。
使被施加到输入口IN的生物物质样品流过微流体通道MFC，并通过输出口OUT离开通道。结果，样品与半导体芯片CHP的生物传感器区域AS接触，该生物传感器区域AS如图1所示由生物传感器电路BSC所占据。生物传感器电路BSC以之前参考图1所述的方式检测样品中特定生物元素的存在。例如，如前所述，生物传感器系统BSY分析的生物物质可以包括血液或唾液。待检测的生物元素可以为例如特定的分子结构。
生物传感器电路BSC通过驱动器-读出器电路DRC产生的相应的磁通量FX，将涉及该检测的信息传输给驱动器-读出器电路DRC。驱动器-读出器电路DRC收集并处理该信息，以便获得允许存储或进一步处理(如果有必要)形式的检测数据。驱动器-读出器电路DRC可以通过生物传感器RDR的外部连接器EC将该检测数据传输给另一装置。
可以说，一旦使得生物物质的样品流过微流体通道MFC，生物传感器模块CAR就被污染。其后该生物传感器模块CAR应该优选不用于分析任何其它样品。因为该生物传感器模块CAR被污染，所以对另一新的样品的分析将很可能得到不可靠的结果。因此，一旦使得生物物质的样品流过微流体通道MFC，就应该优选将该生物传感器模块CAR处理掉。或者，可以将该生物传感器模块CAR消毒，从而可以重新使用该生物传感器模块CAR。如图3所示，可以将新的、消过毒的生物传感器模块设置在生物传感器读出器RDR上。这允许对另一新的生物物质的样品进行可靠的分析。
如图3所示的生物传感器系统BSY的一个重要特征是，实施在半导体芯片CHP上的生物传感器电路BSC以无线方式通信。这防止了生物传感器读出器RDR和任何其它的耦合到其上的实体的污染。如果通过键合焊盘和电流接触将生物传感器电路BSC耦合到驱动器-读出器电路DRC，则防止污染将会是困难的。
另一重要的特征是，虽然在生物传感器电路BSC和读出器电路之间有无线通信，但是该无线通信不干扰生物传感器电路BSC执行的测量。生物传感器读出器RDR施加给半导体芯片CHP的磁通量FX1集中在转换器区域AT1上。磁通量FX1基本上不到达生物传感器电路BSC所占据的半导体芯片CHP的生物传感器区域AS。对于生物传感器读出器RDR基本上仅施加给半导体芯片CHP的转换器区域AT2的磁通量FX2，情况也是如此。
生物传感器读出器RDR可以通过位移致动器DA将生物传感器模块CAR移动一定的程度。因此，生物传感器读出器RDR可以将裸露的半磁轭NHY1与半磁轭WHY1对准，并将其它的各个裸露的半磁轭NHY与其它的各个互补的半磁轭WHY对准。该对准过程优选包括粗略对准阶段，然后是精确对准阶段。
在粗略对准阶段，驱动器-读出器电路DRC可以测量半磁轭WHY1上的绕组W1处的阻抗。所测得的阻抗表明了半导体芯片CHP吸收磁通量FX1的程度。驱动器-读出器电路DRC还可以测量其他各个半磁轭WHY上的各个绕组W处的各个阻抗，从而得到属于其它各个磁通量的吸收指数(indication)。
驱动器-读出器电路DRC基于各个所测得的阻抗使得位移致动器DA移动生物传感器模块CAR。例如，驱动器-读出器电路DRC可以基于以下标准移动生物传感器模块CAR：各个所测得的阻抗应该尽可能得低。当各个所测得的阻抗表明有足够高的总的通量吸收以便允许半导体芯片CHP和读出器RDR之间的通信时，驱动器-读出器电路DRC终止粗略对准阶段。
在精细对准阶段中，半导体芯片CHP确定获得功率指数(picked-up power indication)。该获得功率指数表示各个线圈L通过接收相应的磁通量而获得的相应功率，其中磁通量由驱动器-读出器电路DRC产生。例如，如图2所示，四个接口电路IC1、IC2、IC3、IC4中的每一个可以确定并传输分别从属于线圈L1、L2、L3、L4的局部获得功率指数，其中接口电路耦合到线圈L1、L2、L3、L4。在该例子中，上述的获得功率指数包括这些各个局部获得功率指数。
半导体芯片CHP将获得功率指数传送给驱动器-读出器电路DRC。驱动器-读出器电路DRC根据半导体芯片CHP提供的获得功率指数，使得位移致动器DA移动生物传感器模块CAR。因此，从驱动器-读出器电路DRC到半导体芯片CHP的功率传输被最优化，并且从而得到了相对较精确的对准。
图4A-4C示出用于对准半导体芯片CHP的进一步的技术，半导体芯片CHP形成图3中所示的生物传感器模块CAR的一部分。图4A-4C中的每一个示出图3中所示的半导体芯片CHP上的四个转换器区域AT1、AT2、AT3、AT4。此外，图4A-4C中的每一个示出各个半磁轭WHY的相应端表面ES1、ES2、ES3、ES4，其中半磁轭WHY形成图3中所示的生物传感器读出器RDR的一部分。端表面ES1、ES2、ES3、ES4略大于转换器区域AT1、AT2、AT3、AT4。
图4A示出精确对准的情况。将半导体芯片相对于生物传感器读出器的半磁轭精确对准。端表面ES1完全覆盖转换器区域AT1。同样地，端表面ES2、ES3、ES4分别完全覆盖转换器区域AT2、AT3、AT4。在这种情况下，驱动器-读出器电路在每一半磁轭处将测得基本上相同的阻抗。假设各个半磁轭的相应绕组基本类似。
图4A说明，设计半磁轭使得端表面ES1、ES2、ES3、ES4在精确对准的情况下具有以下性质。端表面ES1在向上垂直的方向上略超出转换器区域AT1。相反地，端表面ES4在向下垂直的方向上略超出转换器区域AT4。端表面ES2在向右水平的方向上超出转换器区域AT2。相反地，端表面ES3在向左水平的方向上超出转换器区域AT3。
图4B示出水平未对准的情况。相对于如图4A所示精确对准的情况，半导体芯片被稍微向左移置。端表面ES1不再完全覆盖转换器区域AT1。同样地，端表面ES4不再完全覆盖转换器区域AT4。然而，端表面ES1、ES4却同等程度地覆盖转换器区域AT1、AT4。结果，驱动器-读出器电路在具有端表面ES1的半磁轭和具有端表面ES4的半磁轭处将测得基本上相同的阻抗。和在精确对准的情况中一样，不存在阻抗差异。
相反地，驱动器-读出器电路在具有端表面ES2的半磁轭和具有端表面ES3的半磁轭之间将测得阻抗差异。这是因为端表面ES3仍然完全覆盖转换器区域AT3，然而端表面ES2却不再完全覆盖转换器区域AT2。在具有端表面ES2的半磁轭处的阻抗将高于在具有端表面ES3的半磁轭处的阻抗。该阻抗差异表明相对于精确对准的情况向右的水平位移。
通常，在具有端表面ES2的半磁轭和具有端表面ES3的半磁轭之间的阻抗差异表明水平未对准。更精确地，这种阻抗差异具有表明水平未对准的方向的符号，其可以是向右或向左。该阻抗差异还具有表明水平未对准的程度的绝对值。
图4C示出垂直未对准的情况。相对于如图4A所示精确对准情况，半导体芯片被稍微向下移置。驱动器-读出器电路在具有端表面ES1的半磁轭和具有端表面ES4的半磁轭之间将测得阻抗差异。这是因为端表面ES4仍然完全覆盖转换器区域AT4，然而端表面ES1却不再完全覆盖转换器区域AT1。在具有端表面ES1的半磁轭处的阻抗将高于在具有端表面ES4的半磁轭处的阻抗。该阻抗差异表明相对于精确对准的情况向上的垂直位移。
通常，在具有端表面ES1的半磁轭和具有端表面ES4的半磁轭之间的阻抗差异表明垂直未对准。阻抗差异的符号表明垂直未对准的方向，其可以为向上或向下。阻抗差异的绝对值表明垂直未对准的程度。
在图4C中，端表面ES2、ES3分别以相同的程度覆盖转换器区域AT2、AT3。因此，驱动器-读出器电路在具有端表面ES2的半磁轭和具有端表面ES3的半磁轭处将测得基本上相同的阻抗。如在精确对准的情况下一样，不存在阻抗差异。不存在这种阻抗差异表明半导体芯片在水平方向上正确地对准，如之前所说明的那样。
图4A-4C示出的对准技术也可以与接收的功率指数而不是阻抗测量一起结合使用。在这种实施方式中，半导体芯片确定获得功率指数，该指数表示各个转换器区域AT1、AT2、AT3、AT4通过接收对应的磁通量获得的对应的功率。这种实施方式以与上述的精确对准阶段相似的方式操作。
结论
以上参考附图的详细描述说明了以下特性，这些特性在多个权利独立权利要求中进行了列举。半导体芯片(CHP)和半导体芯片驱动器(RDR)以无线的方式彼此通信。为此，半导体芯片驱动器(RDR)产生集中在半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上的能通量(FX1；FX2)。在半导体芯片(CHP)中，无线通信接(WCI)响应于能通量(FX1；FX2)而向信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)。信号处理电路(BSC)占据区域(AS)，该区域(AS)基本上与其上集中有能通量(FX1；FX2)的转换器区域(AT1；AT2)分离。
以上的详细描述还说明了多种任选的特性，这些特性在从属权利要求中进行了列举。结合前述的特性应用这些特性是有利的。在以下段落中强调了多种任选特性。各个段落对应于特定的从属权利要求。
集中在半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上的能通量(FX1；FX2)是磁通量。半导体芯片(CHP)的无线通信接(WCI)包括芯片上线圈(L1；L2)，其占据转换器区域(AT1；AT2)。芯片上线圈(L1；L2)响应于磁通量(FX1；FX2)向信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)。因为芯片上线圈是相对低成本的转换器，所以这些特性允许低成本的实施。
半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)和具有与半导体芯片(CHP)相似的大小的传统半导体芯片中的键合焊盘通常占据的区域是可比的。因为能通量集中在相对较小的区域上，所以这些特性有助于得到精确的信号处理结果。此外，因为半导体芯片可以具有与传统半导体芯片可比的布置，所以这些特性允许低成本的实施。
半导体芯片(CHP)的信号处理电路(BSC)包括用于分析物质的传感器(MRS)。通过供应通路使得物质与传感器(MRS)接触。这些特性允许精确的物质分析。
半导体芯片驱动器(RDR)包括用于相对能通量(FX1；FX2)生成器移动半导体芯片(CHP)的位移致动器(DA1；DA2)。因为可以如此配置半导体芯片(CHP)，使得能通量(FX1；FX2)被有效地转换成电信号(S1；S2)，这消除了对相对较强的能通量(FX1；FX2)的需要，所以该特性有助于得到精确的信号处理结果。
半导体芯片驱动器(RDR)包括吸收检测器(DRC)，其检测无线通信接口(WCI)对能通量(FX1；FX2)的吸收。吸收检测器(DRC)使位移致动器(DA1；DA2)移动半导体芯片(CHP)，以便使吸收最大化。这些特性允许容易地使用。
半导体芯片(CHP)包括获得功率指示器(IC1；IC2)，其设置用于确定半导体芯片(CHP)通过接收能通量(FX1；FX2)而获得的功率的指数。获得功率指示器(IC1；IC2)将该指数传送给半导体芯片驱动器(RDR)。
半导体芯片驱动器(RDR)包括一组能通量生成器(图4A-4C中所示的具有相应的端表面ES1、ES2、ES3、ES4的对应的半磁轭)。当半导体芯片(CHP)相对于精确对准位置被移动时，能通量生成器产生不同程度覆盖半导体芯片(CHP)的对应的转换器区域(AT1、AT2、AT3、AT4)的对应的能通量(图4A-4C示出该原理)。这些特性允许以相对较简单的方式精确对准半导体芯片。
可以以许多不同的方式实施前述的特性。为了说明这一点，简要说明一些可供选择的实施方式。
可以将上述特性有利地应用于任何种类的产品或方法。生物传感器系统仅仅是一个例子。例如，上述特性可以等同地应用于化学分析系统，或任何其它种类的可以得益于防止半导体芯片和半导体芯片驱动器之间的物理接触的系统。因此，占据与转换器区域分离的区域的信号处理电路可以是任何种类的信号处理电路。生物传感器电路仅仅是一个例子。
能通量无需为磁通量。例如，能通量可以为光束的形式。在这种应用中，光电转换器占据半导体芯片的转换器区域。光电转换器可以被设置用于调制光束，以便将信息从半导体芯片传输至半导体芯片驱动器。作为另一例子，也可以通过电容性耦合建立功率传输和通信。这种应用将通常需要相对较大的转换器区域，以便避免使用可能导致击穿放电的相对较高的电压。还应该注意，例如，一种应用可以使用各种类型的能通量，例如磁通量和光束的组合。
半导体芯片可以包括任意数量的转换器区域。图2所示的包括4个转换器区域的半导体芯片仅仅是一个例子。例如，半导体芯片可以包括单个转换器区域。在这种实施方式中，可以通过多路技术同时交换不同种类的信息。
也应该注意，占据转换器区域的转换器可以形成在半导体芯片的底面上，而信号处理电路形成在顶面上。在这种实施方式中，半导体芯片可以配有将转换器耦合到信号处理电路上的导电通孔。
即使在生物传感器的实施中，半导体芯片也无需形成任何模块的一部分。例如，可以将半导体芯片压在具有开口的腔体上，使得半导体芯片上的传感器面向该开口。当分析已经结束时，半导体芯片可以被处理掉。优选在其清洗之后重新利用腔体。相对廉价的半导体芯片可能是这种实施方式中唯一可处理的元件。
参考图4A-4C，端表面ES1、ES2、ES3、ES4可以具有许多不同的其它形状和尺寸。例如，可以将每一端表面制造成稍微较窄，使得相应的端表面在如图4A所示的精确对准的情况中仅仅覆盖相应的转换器区域AT1、AT2、AT3、AT4的一部分。作为另一例子，可以分别在左上方向、右上方向、左下方向以及右下方向上移动端表面ES1、ES2、ES3、ES4。于是端表面在精确对准的情况中将仅仅部分覆盖转换器区域AT1、AT2、AT3、AT4。对于所有的转换器区域来说将有相同的功率传输，然而，对于任何给定的转换器区域该功率传输将不会为最大。问题在于，位移不同地影响相应的端表面对相应转换器区域的相应的覆盖。这足以确定任何未对准的方向和符号。
应该以较宽泛的含义理解术语“通信”。该术语可以包括从半导体芯片驱动器到半导体芯片的功率传输。
通过硬件或软件或二者的方式实现功能有多种方式。在这方面，附图是非常概略的，每一附图仅仅表示本发明的一种可能的实施例。因此，虽然附图将不同的功能示为不同的块，这完全不排除硬件或软件中的一项执行若干功能的情况。这也不排除硬件或软件或二者的组件执行一项功能的情况。
此前作出的论述说明参考附图所进行的详细描述是说明而非限制本发明。有许多可选方案，其都属于所附权利要求的范围。权利要求中的任何参考标记不应理解为对该权利要求的限制。词语“包括”不排除存在除权利要求中所列举的以外的其他的元件或步骤。元件或步骤之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这种元件或步骤的情况。
Claims (13)
1.一种组件，其包括可以以无线方式彼此通信的半导体芯片(CHP)和半导体芯片驱动器(RDR)，
所述半导体芯片驱动器(RDR)包括：
- 能通量生成器(DRC、WHY1、W1、WHY2、W2)，其设置用于产生集中在所述半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上的能通量(FX1；FX2)，
所述半导体芯片(CHP)包括：
- 信号处理电路(BSC)，其占据所述半导体芯片(CHP)的区域(AS)，该区域(AS)基本上与所述转换器区域(AT1；AT2)分离；以及
- 无线通信接(WCI)，其设置用于响应于所述能通量(FX1；FX2)而向所述信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)，所述能通量(FX1；FX2)集中在所述转换器区域(AT1；AT2)上。
2.如权利要求1所述的组件，所述能通量生成器(DRC、WHY1、W1、WHY2、W2)被设置用于产生集中在所述半导体芯片(CHP)的所述转换器区域(AT1；AT2)上的磁通量(FX1；FX2)，所述半导体芯片(CHP)的所述无线通信接(WCI)包括芯片上线圈(L1；L2)，其占据所述转换器区域(AT1；AT2)，用于响应于所述磁通量(FX1；FX2)向所述信号处理电路(BSC)提供所述电信号(S1；S2)。
3.如权利要求1所述的组件，所述半导体芯片(CHP)的所述转换器区域(AT1；AT2)和具有与所述半导体芯片(CHP)相似的大小的传统半导体芯片(CHP)中的键合焊盘通常占据的区域(AS)是可比的。
4.如权利要求1所述的组件，所述半导体芯片(CHP)的所述信号处理电路(BSC)包括用于分析物质的传感器(MRS)，所述组件包括供应通路，通过所述供应通路使得所述物质与所述传感器(MRS)接触。
5.如权利要求1所述的组件，所述半导体芯片驱动器(RDR)包括用于相对所述能通量生成器(DRC、WHY1、W1、WHY2、W2)移动所述半导体芯片(CHP)的位移致动器(DA1；DA2)。
6.如权利要求5所述的组件，所述半导体芯片驱动器(RDR)包括吸收检测器(DRC)，其设置用于检测所述无线通信接(WCI)对所述能通量(FX1；FX2)的吸收，且其设置用于使所述位移致动器( DA1；DA2)移动所述半导体芯片(CHP)，以便使所述吸收最大化。
7.如权利要求5所述的组件，所述半导体芯片(CHP)包括获得功率指示器(IC1；IC2)，其设置用于确定所述半导体芯片(CHP)通过接收所述能通量(FX1；FX2)而获得的功率的指数，且其设置用于将该指数传送给所述半导体芯片驱动器(RDR)。
8.如权利要求5所述的组件，所述半导体芯片驱动器(RDR)包括一组能通量生成器，其被设置成当所述半导体芯片(CHP)相对于最佳对准位置偏移时，所述能通量生成器产生不同程度地覆盖所述半导体芯片(CHP)的对应的转换器区域(AT1、AT2、AT3、AT4)的对应的能通量。
9.一种半导体芯片(CHP)，其可以以无线方式与半导体芯片驱动器(RDR)通信，所述半导体芯片驱动器(RDR)包括设置用于产生能通量(FX1；FX2)的能通量生成器(DRC、WHY1、W1、WHY2、W2)，所述能通量(FX1；FX2)集中在所述半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上，
所述半导体芯片(CHP)包括：
- 信号处理电路(BSC)，其占据所述半导体芯片(CHP)的区域(AS)，该区域(AS)基本上与所述转换器区域(AT1；AT2)分离；以及
- 无线通信接口(WCI)，其设置用于响应于来自所述半导体芯片驱动器(RDR)的所述能通量(FX1；FX2)而向所述信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)，所述能通量(FX1；FX2)集中在所述转换器区域(AT1；AT2)上。
10.一种半导体芯片驱动器(RDR)，其可以以无线方式与半导体芯片(CHP)通信，所述半导体芯片(CHP)包括：
- 信号处理电路(BSC)，其占据所述半导体芯片(CHP)的区域(AS)；以及
- 无线通信接口(WCI)，其设置用于响应于能通量(FX1；FX2)而向所述信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)，所述能通量(FX1；FX2)入射在所述半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上，所述转换器区域(AT1；AT2)基本上与所述信号处理电路(BSC)占据的区域(AS)分离，
所述半导体芯片驱动器(RDR)包括：
- 能通量生成器(DRC、WHY1、W1、WHY2、W2)，其设置用于产生集中在所述半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上的能通量(FX1；FX2)。
11.一种与半导体芯片(CHP)建立无线通信的方法，所述半导体芯片(CHP)包括：
- 信号处理电路(BSC)，其占据所述半导体芯片(CHP)的区域(AS)；以及
- 无线通信接口(WCI)，其设置用于响应于能通量(FX1；FX2)而向所述信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)，所述能通量(FX1；FX2)入射在所述半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上，所述转换器区域(AT1；AT2)基本上与所述信号处理电路(BSC)占据的区域(AS)分离，
所述方法包括：
- 能通量产生步骤，其中产生集中在所述半导体芯片(CHP)的所述转换器区域(AT1；AT2)的能通量(FX1；FX2)。
12.一种物质分析系统(BSY)，包括可以以无线方式彼此通信的物质分析模块(CAR)和物质分析读出器(RDR)，
所述物质分析模块(CAR)包括：
- 包括用于分析物质的传感器(MRS)的半导体芯片(CHP)，所述传感器(MRS)占据所述半导体芯片(CHP)的区域(AS)，所述半导体芯片(CHP)还包括无线通信接口(WCI)，其设置用于响应于能通量(FX1；FX2)而向信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)，所述能通量(FX1；FX2)入射在所述半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上，所述转换器区域(AT1；AT2)基本上与所述信号处理电路(BSC)占据的区域(AS)分离；以及
- 供应通路(MFC)，可以通过其使物质与所述半导体芯片(CHP)上的所述传感器(MRS)接触，
所述物质分析读出器(RDR)包括：
- 能通量生成器(DRCWHY1、W1、WHY2、W2)，其设置用于产生集中在所述半导体芯片(CHP)的所述转换器区域(AT1；AT2)上的能通量(FX1；FX2)。
13.一种物质分析模块(CAR)，包括：
- 包括用于分析物质的传感器(MRS)的半导体芯片(CHP)，所述传感器(MRS)占据所述半导体芯片(CHP)的区域(AS)，所述半导体芯片(CHP)还包括无线通信接口(WCI)，其设置用于响应于能通量(FX1；FX2)而向信号处理电路(BSC)提供电信号(S1；S2)，所述能通量(FX1；FX2)集中在所述半导体芯片(CHP)的转换器区域(AT1；AT2)上，所述转换器区域(AT1；AT2)基本上与所述信号处理电路(BSC)占据的区域(AS)分离；以及
- 供应通路(MFC)，可以通过其使物质与所述半导体芯片(CHP)上的所述传感器(MRS)接触。
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