لیزر روشنی کی ایک طاقتور شہتیر ہے جو اس وقت پرجوش ہوتی ہے جب کسی بیرونی محرک سے "شعاع" کو تحریک ملتی ہے جو اس کی توانائی کو بڑھاتی ہے۔ اورکت اور نظر آنے والی روشنی میں تھرمل توانائی ہوتی ہے، جبکہ الٹرا وایلیٹ روشنی میں آپٹیکل توانائی ہوتی ہے۔ جب اس قسم کی روشنی کسی ورک پیس کی سطح سے ٹکراتی ہے تو تین مظاہر ہوتے ہیں: عکاسی، جذب اور دخول۔
لیزر ڈرلنگ کا بنیادی کام یہ ہے کہ پروسیس کیے جانے والے سبسٹریٹ مواد کو جلدی سے ہٹایا جائے، بنیادی طور پر فوٹو تھرمل ایبلیشن اور فوٹو کیمیکل ایبلیشن یا نام نہاد ایکسائز کے ذریعے۔
- فوٹو تھرمل ایبلیشن: سوراخ کی تشکیل کا اصول جس میں پروسیس کیا جانے والا مواد اعلی توانائی کی لیزر روشنی کو جذب کرتا ہے، بہت کم وقت میں پگھلنے تک گرم ہوجاتا ہے، اور بخارات بن جاتا ہے۔ سبسٹریٹ مواد میں اس عمل کے طریقہ کار کو اعلی توانائی کا نشانہ بنایا جاتا ہے، سیاہ کاربنائزڈ باقیات کی دیوار سے بننے والے سوراخ میں، اس سے پہلے سوراخ کو صاف کرنا ضروری ہے۔
- فوٹو کیمیکل ایبلیشن: بالائے بنفشی خطے سے مراد ایک اعلی فوٹوون توانائی (2 سے زیادہ eV الیکٹران وولٹ) ہے ، لیزر طول موج 400 نینو میٹر سے زیادہ اعلی توانائی والے فوٹون کے نتائج میں ایک کردار ادا کرتی ہے۔ یہ اعلیٰ توانائی والے فوٹون نامیاتی مواد کی طویل مالیکیولر چین کو تباہ کر سکتے ہیں، چھوٹے ذرات بن سکتے ہیں، اور اس کی توانائی اصل مالیکیولز سے زیادہ ہے، بیرونی چٹکی سکشن کی صورت میں اس کی انتہائی قوت جس سے بچنا ہے، تاکہ سبسٹریٹ مواد جلدی سے ہٹا دیا جاتا ہے اور مائکروپورس کی تشکیل ہوتی ہے۔ اس قسم کے عمل میں تھرمل برننگ نہیں ہوتی ہے اور کاربنائزیشن نہیں ہوتی ہے۔ لہذا، پورشن سے پہلے صاف کرنا بہت آسان ہے۔ یہ لیزر ہول کی تشکیل کے بنیادی اصول ہیں۔ فی الحال سب سے زیادہ استعمال ہونے والی لیزر ڈرلنگ کی دو قسمیں: لیزر کے ساتھ پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ ڈرلنگ بنیادی طور پر RF- پرجوش CO2 گیس لیزرز اور UV سالڈ سٹیٹ Nd: YAG لیزر ہیں۔
- سبسٹریٹ جذب پر: لیزر کی کامیابی کی شرح کا سبسٹریٹ مواد کے جذب سے براہ راست تعلق ہے۔ طباعت شدہ سرکٹ بورڈ تانبے کے ورق اور شیشے کے کپڑے اور رال کے امتزاج سے بنے ہوتے ہیں، ان تینوں مواد کا جذب بھی مختلف طول موج کی وجہ سے مختلف ہوتا ہے، لیکن تانبے کے ورق اور شیشے کا کپڑا بالائے بنفشی میں 0.3mμ نیچے جذب کی شرح زیادہ ہے، لیکن نمایاں کمی کے بعد نظر آنے والی روشنی اور IR میں۔ دوسری طرف، نامیاتی رال مواد تینوں سپیکٹرل بینڈوں میں کافی زیادہ جذب کی شرح کو برقرار رکھ سکتا ہے۔ یہ وہ خصوصیت ہے جو رال مواد میں ہوتی ہے اور لیزر ڈرلنگ کے عمل کی مقبولیت کی بنیاد ہے۔
پی سی بی فیکٹریوں میں کس قسم کی لیزر ڈرلنگ دستیاب ہے؟
لیزر روشنی کی ایک طاقتور شہتیر ہے جو اس وقت پرجوش ہوتی ہے جب "شعاعیں" کسی بیرونی محرک سے متحرک ہوتی ہیں جو اس کی توانائی کو بڑھاتی ہیں، اورکت اور نظر آنے والی روشنی میں تھرمل توانائی ہوتی ہے اور الٹرا وایلیٹ روشنی میں نظری توانائی ہوتی ہے۔ جب اس قسم کی روشنی کسی ورک پیس کی سطح سے ٹکراتی ہے تو تین مظاہر ہوتے ہیں: عکاسی، جذب اور دخول۔ لیزر ڈرلنگ کا بنیادی کام سبسٹریٹ مواد کو تیزی سے ہٹانے کے قابل ہونا ہے جس پر عملدرآمد کیا جائے گا، جو بنیادی طور پر فوٹو تھرمل ایبلیشن اور فوٹو کیمیکل ایبلیشن یا نام نہاد ایکسائز کے ذریعے ہوتا ہے۔
کمرشل پی سی بی کی پیداوار میں لیزر ڈرلنگ کے لیے دو لیزر ٹیکنالوجیز استعمال کی جاتی ہیں: دور انفراریڈ بینڈ میں طول موج کے ساتھ CO2 لیزر، اور الٹرا وایلیٹ بینڈ میں طول موج کے ساتھ UV لیزر۔ CO2 لیزر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز میں صنعتی مائکرو پاس سوراخوں کی تیاری میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ ، جس کا قطر 100 μm سے زیادہ ہونا ضروری ہے (Raman، 2001)۔ ان بڑے یپرچر سوراخوں کی تعمیر کے لیے، CO2 لیزرز بہت کم چھدرن کے وقت کی وجہ سے بہت زیادہ پیداواری ہوتے ہیں جو CO2 لیزرز کے ساتھ بڑے یپرچرز کی تعمیر کے لیے درکار ہوتے ہیں۔ یووی لیزر ٹکنالوجی 100 μm سے کم کے قطر کے ساتھ مائکروویاس کی تیاری میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے ، اور یہاں تک کہ 50 μm سے بھی کم مائکرو فیبریکیٹڈ وائرنگ ڈایاگرام کے استعمال کے ساتھ۔ UV لیزر ٹکنالوجی 80 μm سے کم قطر والے سوراخوں کی تیاری میں بہت نتیجہ خیز ہے۔ لہذا، مائکروویا کی پیداواری صلاحیت کی بڑھتی ہوئی مانگ کو پورا کرنے کے لیے، بہت سے پی سی بی مینوفیکچررز نے ڈوئل ہیڈ لیزر ڈرلنگ سسٹم متعارف کرانا شروع کر دیا ہے۔
آج مارکیٹ میں دستیاب ڈوئل ہیڈ لیزر ڈرلنگ سسٹم کی تین اہم اقسام درج ذیل ہیں:
- ڈوئل ہیڈ یووی لیزر ڈرلنگ سسٹم
- دوہری سر CO2 لیزر ڈرلنگ سسٹم؛ اور
- اسٹک لیزر ڈرلنگ سسٹم (CO2 اور UV)
ان تمام قسم کے ڈرلنگ سسٹم کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔ لیزر ڈرلنگ سسٹم کو آسانی سے دو اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، ڈوئل ڈرل سنگل ویو لینتھ سسٹم اور ڈوئل ڈرل ڈوئل ویو لینتھ سسٹم۔
قسم سے قطع نظر، دو اہم اجزاء ہیں جو سوراخ کرنے کی صلاحیت کو متاثر کرتے ہیں:
- لیزر انرجی/پلس انرجی
- بیم پوزیشننگ سسٹم
لیزر پلس کی توانائی اور بیم کی ترسیل کی کارکردگی ڈرلنگ کے وقت کا تعین کرتی ہے، ڈرلنگ کا وقت وہ وقت ہے جو لیزر ڈرل کو مائکرو پاس سوراخ کرنے میں لیتا ہے، اور بیم پوزیشننگ سسٹم اس رفتار کا تعین کرتا ہے جس سے یہ دو کے درمیان منتقل ہوسکتا ہے۔ سوراخ ایک ساتھ، یہ عوامل اس رفتار کا تعین کرتے ہیں جس پر لیزر ڈرلنگ مشین دی گئی ضرورت کے لیے درکار مائیکرو ویاس تیار کر سکتی ہے۔ ڈوئل ہیڈ یووی لیزر سسٹم اعلیٰ پہلو کے تناسب کے ساتھ مربوط سرکٹس میں 90μm سے چھوٹے سوراخ کرنے کے لیے بہترین موزوں ہیں۔
ڈوئل ہیڈ CO2 لیزر سسٹم Q-modulated RF-excited CO2 لیزر استعمال کرتا ہے۔ اس سسٹم کے اہم فوائد میں زیادہ ریپیٹ ایبلٹی (100 کلو ہرٹز تک)، ڈرلنگ کا مختصر وقت، اور چوڑی آپریٹنگ سطح ہیں، جس کی وجہ سے بلائنڈ ہول کو صرف چند پاسوں سے ڈرل کیا جا سکتا ہے، لیکن ڈرل کیے گئے سوراخوں کا معیار بہتر ہو سکتا ہے۔ کم
سب سے عام ڈوئل ہیڈ لیزر ڈرلنگ سسٹم ہائبرڈ لیزر ڈرلنگ سسٹم ہے، جو یووی لیزر ہیڈ اور CO2 لیزر ہیڈ پر مشتمل ہوتا ہے۔ یہ مشترکہ ہائبرڈ لیزر ڈرلنگ کا طریقہ تانبے اور ڈائی الیکٹرکس کی بیک وقت ڈرلنگ کی اجازت دیتا ہے۔ مطلوبہ سوراخ کا سائز اور شکل بنانے کے لیے تانبے کو UV لیزر سے ڈرل کیا جاتا ہے، اور CO2 لیزر کا استعمال اس کے فوراً بعد بے نقاب ڈائی الیکٹرک کو ڈرل کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ ڈرلنگ کا عمل 2in X 2in بلاک کی کھدائی کے ذریعے مکمل کیا جاتا ہے جسے فیلڈ کہا جاتا ہے۔
CO2 لیزر مؤثر طریقے سے ڈائی الیکٹرکس کو ہٹاتا ہے، یہاں تک کہ غیر یکساں شیشے سے تقویت یافتہ ڈائی الیکٹرکس۔ تاہم، ایک واحد CO2 لیزر چھوٹے سوراخ نہیں کر سکتا (75 μm سے کم) اور تانبے کو ہٹا نہیں سکتا، چند استثناء کے ساتھ کہ یہ 5 μm سے کم کے پہلے سے علاج شدہ تانبے کے ورق کو ہٹا سکتا ہے (لسٹینو، 2002)۔ UV لیزر بہت چھوٹے سوراخ کرنے اور تمام عام تانبے کی گلیوں کو ہٹانے کی صلاحیت رکھتا ہے (3 - 36 μm، 1oz، یہاں تک کہ چڑھایا ہوا تانبے کے ورق)۔ یووی لیزر اکیلے ڈائی الیکٹرک مواد کو بھی ہٹا سکتا ہے، لیکن سست رفتار پر۔ مزید برآں، غیر یکساں مواد کے لیے، مثال کے طور پر مضبوط گلاس FR-4، نتائج عام طور پر خراب ہوتے ہیں۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ شیشے کو صرف اسی صورت میں ہٹایا جا سکتا ہے جب توانائی کی کثافت کو ایک خاص سطح تک بڑھایا جائے، جو اندرونی پیڈ کو بھی تباہ کر دیتا ہے۔ چونکہ اسٹک لیزر سسٹم UV لیزر اور CO 2 لیزر پر مشتمل ہوتا ہے، اس لیے یہ دونوں علاقوں میں بہترین ہے، UV لیزر سے تمام تانبے کے ورق اور چھوٹے سوراخ کیے جا سکتے ہیں، اور CO 2 لیزر سے ڈائی الیکٹرکس کو تیزی سے ڈرل کیا جا سکتا ہے۔ یہ اعداد و شمار پروگرام کے قابل ڈرلنگ اسپیسنگ کے ساتھ ڈوئل ہیڈ لیزر ڈرلنگ سسٹم کی ساخت کی ایک مثال دیتا ہے۔ دو مشقوں کے درمیان وقفہ کو اجزاء کی ترتیب کے مطابق خود سے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے، جو زیادہ سے زیادہ لیزر ڈرلنگ کی صلاحیت کو یقینی بناتا ہے۔
آج کل، دو ڈرلز کے درمیان فاصلہ زیادہ تر ڈوئل ہیڈ لیزر ڈرلنگ سسٹمز میں سٹیپ اینڈ ریپیٹ بیم پوزیشننگ ٹیکنالوجی کے ساتھ طے کیا جاتا ہے۔ اسٹیپ اینڈ ریپیٹ لیزر ریموٹ کنٹرولر کا فائدہ خود ڈومین کی بڑی ایڈجسٹمنٹ رینج (50 X 50) μm تک ہے۔ نقصان یہ ہے کہ لیزر ٹیلی کنورٹر کو ایک مقررہ فیلڈ پر قدم رکھنا ضروری ہے اور دونوں مشقوں کے درمیان فاصلہ طے کیا جاتا ہے۔ ایک عام ڈوئل ہیڈ لیزر ریموٹ ریگولیٹر کی دو مشقوں کے درمیان فاصلہ طے شدہ ہے (تقریباً 150 μm)۔ مختلف پینل سائزز کے لیے، مقررہ فاصلہ کی مشقوں کو آپریشن مکمل کرنے کے ساتھ ساتھ قابل پروگرام اسپیسنگ ڈرلز کو بہترین طریقے سے ترتیب نہیں دیا جا سکتا۔
آج کے ڈوئل ہیڈ لیزر ڈرلنگ سسٹم چھوٹے پیمانے پر پی سی بی مینوفیکچررز کے ساتھ ساتھ ہائی والیوم پی سی بی مینوفیکچررز کے لیے سائز اور کارکردگی کی ایک وسیع رینج میں دستیاب ہیں۔
سیرامک ایلومینیم آکسائیڈ کو پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز کی تیاری میں استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ اس کے زیادہ ڈائی الیکٹرک مستقل ہوتے ہیں۔ تاہم، اس کی نزاکت کی وجہ سے، وائرنگ اور اسمبلی کے لیے درکار ڈرلنگ کا عمل معیاری ٹولز کے ساتھ مشکل ہے، کیونکہ مکینیکل دباؤ کو کم سے کم کیا جانا چاہیے، جو کہ لیزر ڈرلنگ کے لیے ایک اچھی چیز ہے۔Rangel et al. (1997) نے یہ ظاہر کیا کہ ایلومینا سبسٹریٹس کے ساتھ ساتھ سونے اور اینکرز کے ساتھ لیپت ایلومینا سبسٹریٹس کے لیے، ٹیونڈ QNd:YAG لیزر کا استعمال کرتے ہوئے ڈرل کرنا ممکن ہے۔ شارٹ پلس، کم توانائی، ہائی پیک پاور لیزر کے استعمال نے مکینیکل تناؤ کے ذریعے نمونے کو پہنچنے والے نقصان سے بچنے میں مدد کی اور 100 μm سے کم قطر کے ساتھ اعلیٰ معیار کے سوراخ پیدا کیا۔ یہ ٹیکنالوجی 8 - 18 GHz کی فریکوئنسی رینج میں کم شور والے مائکروویو ایمپلیفائرز میں کامیابی کے ساتھ استعمال ہوتی ہے۔
Nd: YAG لیزر ٹکنالوجی کا استعمال نابینا اور مواد کی ایک وسیع رینج میں سوراخ کے ذریعے دونوں پر عمل کرنے کے لئے کیا گیا ہے۔ ان میں سے پولیمائیڈ تانبے سے ملبوس ٹکڑے ٹکڑے میں پائلٹ سوراخوں کی کھدائی ہے جس کا قطر کم از کم 25 مائکرون ہے۔ پیداواری لاگت کا تجزیہ کرتے ہوئے، سب سے زیادہ کفایتی قطر استعمال کیا جاتا ہے 25-125 مائکرون۔ سوراخ کرنے کی رفتار 10،000 سوراخ/منٹ ہے۔ براہ راست لیزر چھدرن کے عمل کو استعمال کیا جا سکتا ہے، 50 مائکرون تک سوراخ قطر. مولڈ ہولز کی اندرونی سطح صاف اور کاربنائزیشن سے پاک ہے اور اسے آسانی سے چڑھایا جا سکتا ہے۔ ایسا ہی PTFE تانبے سے ملبوس ٹکڑے ٹکڑے میں سوراخوں کے ذریعے ڈرلنگ میں بھی ہو سکتا ہے، 25 مائکرون کا سب سے چھوٹا سوراخ قطر، 25-125 مائکرون کے لیے استعمال ہونے والا سب سے زیادہ اقتصادی قطر۔ ڈرلنگ کی رفتار 4500 سوراخ/منٹ ہے۔ کھڑکیوں کی پری اینچنگ کی ضرورت نہیں ہے۔ نتیجے میں سوراخ صاف ہیں اور اضافی خصوصی پروسیسنگ کی ضروریات کی ضرورت نہیں ہے.
