الٹرا فاسٹ لیزر مائیکرو نینو مینوفیکچرنگ-صنعتی ایپلی کیشنز

اگرچہ الٹرا فاسٹ لیزرز کئی دہائیوں سے موجود ہیں، گزشتہ دو دہائیوں میں صنعتی ایپلی کیشنز میں تیزی سے اضافہ ہوا ہے۔ 2019 میں، الٹرا فاسٹ کی مارکیٹ ویلیولیزر موادپروسیسنگ تقریباً 460 ملین امریکی ڈالر تھی، جس کی کمپاؤنڈ سالانہ شرح نمو 13% تھی۔ ایپلی کیشن کے شعبے جہاں الٹرا فاسٹ لیزرز کو صنعتی مواد پر کارروائی کرنے کے لیے کامیابی کے ساتھ استعمال کیا گیا ہے ان میں سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں فوٹو ماسک فیبریکیشن اور مرمت کے ساتھ ساتھ سلکان ڈائسنگ، گلاس کٹنگ/سکرائبنگ اور (انڈیم ٹن آکسائیڈ) کنزیومر الیکٹرانکس جیسے موبائل فونز اور ٹیبلٹس میں آئی ٹی او فلم کو ہٹانا شامل ہیں۔ آٹوموٹیو انڈسٹری کے لیے پسٹن ٹیکسچرنگ، کورونری اسٹینٹ مینوفیکچرنگ اور میڈیکل انڈسٹری کے لیے مائکرو فلائیڈک ڈیوائس مینوفیکچرنگ۔

01 سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں فوٹو ماسک کی تیاری اور مرمت

الٹرا فاسٹ لیزرز کو میٹریل پروسیسنگ میں ابتدائی صنعتی ایپلی کیشنز میں سے ایک میں استعمال کیا گیا تھا۔ IBM نے 1990 کی دہائی میں فوٹو ماسک کی تیاری میں فیمٹوسیکنڈ لیزر ایبلیشن کے اطلاق کی اطلاع دی۔ نینو سیکنڈ لیزر ایبلیشن کے مقابلے میں، جو دھاتی چھڑکنے اور شیشے کو نقصان پہنچا سکتا ہے، فیمٹوسیکنڈ لیزر ماسک میں کوئی دھاتی چھڑکنے والا، شیشے کو کوئی نقصان نہیں، وغیرہ کے فوائد دکھاتے ہیں۔ یہ طریقہ انٹیگریٹڈ سرکٹس (ICs) بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ایک IC چپ تیار کرنے کے لیے 30 ماسک اور لاگت>$100,000 تک کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔ Femtosecond لیزر پروسیسنگ 150nm سے نیچے لائنوں اور پوائنٹس پر کارروائی کر سکتی ہے۔

تصویر 1. فوٹو ماسک کی تعمیر اور مرمت

شکل 2. انتہائی الٹرا وائلٹ لتھوگرافی کے لیے مختلف ماسک پیٹرن کی اصلاح کے نتائج

02 سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں سلکان کی کٹنگ

سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں سلکان ویفر ڈائسنگ ایک معیاری مینوفیکچرنگ عمل ہے اور عام طور پر مکینیکل ڈائسنگ کا استعمال کرتے ہوئے انجام دیا جاتا ہے۔ یہ کاٹنے والے پہیے اکثر مائیکرو کریکس تیار کرتے ہیں اور ان کو پتلی (مثلاً موٹائی <150 μm) ویفرز کاٹنا مشکل ہوتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں کئی سالوں سے سیمی کنڈکٹر کی لیزر کٹنگ کا استعمال کیا جا رہا ہے، خاص طور پر پتلی ویفرز (100-200μm) کے لیے، اور اسے متعدد مراحل میں کیا جاتا ہے: لیزر گروونگ، اس کے بعد مکینیکل علیحدگی یا اسٹیلتھ کٹنگ (یعنی انفراریڈ لیزر بیم کے اندر۔ سلکان سکرائبنگ) اس کے بعد مکینیکل ٹیپ کی علیحدگی۔ نینو سیکنڈ پلس لیزر فی گھنٹہ 15 ویفرز پر کارروائی کر سکتا ہے، اور پکوسیکنڈ لیزر اعلیٰ معیار کے ساتھ 23 ویفرز فی گھنٹہ پراسیس کر سکتا ہے۔

03 قابل استعمال الیکٹرانکس کی صنعت میں شیشے کی کٹائی/سکرائبنگ

موبائل فونز اور لیپ ٹاپ کے لیے ٹچ اسکرینز اور حفاظتی شیشے پتلے ہوتے جا رہے ہیں اور کچھ جیومیٹرک شکلیں خمیدہ ہیں۔ یہ روایتی مکینیکل کاٹنے کو زیادہ مشکل بنا دیتا ہے۔ عام لیزرز عام طور پر ناقص کٹ کوالٹی پیدا کرتے ہیں، خاص طور پر جب شیشے کے ان ڈسپلے کو 3-4 تہوں میں سجایا جاتا ہے اور اوپر کا 700 μm موٹا حفاظتی شیشہ مزاج کا ہوتا ہے، جو مقامی دباؤ سے ٹوٹ سکتا ہے۔ الٹرا فاسٹ لیزر ان شیشوں کو بہتر کنارے کی طاقت کے ساتھ کاٹنے کے قابل دکھایا گیا ہے۔ بڑے فلیٹ پینل کو کاٹنے کے لیے، فیمٹوسیکنڈ لیزر کو شیشے کی شیٹ کی پچھلی سطح پر فوکس کیا جا سکتا ہے، شیشے کے اندر کو کھرچ کر سامنے کی سطح کو نقصان پہنچائے بغیر۔ اس کے بعد شیشے کو مکینیکل یا تھرمل ذرائع کا استعمال کرتے ہوئے اسکور شدہ پیٹرن کے ساتھ توڑا جاسکتا ہے۔

تصویر 3. Picosecond الٹرا فاسٹ لیزر گلاس خصوصی شکل کا کٹنگ

04 آٹوموٹو انڈسٹری میں پسٹن کی ساخت

ہلکے وزن والے کار کے انجن ایلومینیم کے مرکب سے بنے ہوتے ہیں، جو کاسٹ آئرن کی طرح پہننے کے لیے مزاحم نہیں ہوتے۔ مطالعات سے پتہ چلا ہے کہ کار پسٹن کی ساخت کی فیمٹوسیکنڈ لیزر پروسیسنگ رگڑ کو 25٪ تک کم کرسکتی ہے کیونکہ ملبے اور تیل کو مؤثر طریقے سے ذخیرہ کیا جاسکتا ہے۔

تصویر 4. انجن کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے آٹوموبائل انجن پسٹن کی فیمٹوسیکنڈ لیزر پروسیسنگ

05 طبی صنعت میں کورونری اسٹینٹ کی تیاری

لاکھوں کورونری سٹینٹس جسم کی کورونری شریانوں میں لگائے جاتے ہیں تاکہ خون کو دوسری صورت میں جمی ہوئی نالیوں میں بہنے کے لیے ایک چینل کھولا جا سکے، جس سے ہر سال لاکھوں جانیں بچ جاتی ہیں۔ کورونری سٹینٹس عام طور پر دھات سے بنائے جاتے ہیں (مثال کے طور پر، سٹینلیس سٹیل، نکل ٹائٹینیم کی شکل کا میموری مرکب، یا حال ہی میں کوبالٹ-کرومیم مرکب) تار کی جالی جس کی چوڑائی تقریباً 100 μm ہوتی ہے۔ لانگ پلس لیزر کٹنگ کے مقابلے میں، بریکٹ کو کاٹنے کے لیے الٹرا فاسٹ لیزر کے استعمال کے فوائد اعلی کٹ کوالٹی، سطح کی بہتر تکمیل، اور کم ملبہ ہیں، جو پوسٹ پروسیسنگ کے اخراجات کو کم کرتا ہے۔

طبی صنعت کے لیے 06 مائیکرو فلائیڈک ڈیوائس مینوفیکچرنگ

مائیکرو فلائیڈک آلات عام طور پر طبی صنعت میں بیماری کی جانچ اور تشخیص کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ عام طور پر انفرادی حصوں کی مائیکرو انجیکشن مولڈنگ اور پھر گلونگ یا ویلڈنگ کا استعمال کرتے ہوئے بانڈنگ کے ذریعہ تیار کیے جاتے ہیں۔ مائیکرو فلائیڈک آلات کی الٹرا فاسٹ لیزر فیبریکیشن میں شفاف مواد جیسے شیشے کے اندر کنکشن کی ضرورت کے بغیر 3D مائیکرو چینلز تیار کرنے کا فائدہ ہے۔ ایک طریقہ بلک شیشے کے اندر الٹرا فاسٹ لیزر فیبریکیشن ہے جس کے بعد گیلے کیمیکل اینچنگ ہوتی ہے، اور دوسرا طریقہ ہے شیشے کے اندر فیمٹوسیکنڈ لیزر ایبلیشن یا ملبے کو ہٹانے کے لیے آست پانی میں پلاسٹک۔ ایک اور طریقہ یہ ہے کہ مشین چینلز کو شیشے کی سطح میں داخل کریں اور انہیں فیمٹوسیکنڈ لیزر ویلڈنگ کے ذریعے شیشے کے کور سے سیل کریں۔

شکل 6. شیشے کے مواد کے اندر مائیکرو فلائیڈک چینلز تیار کرنے کے لیے فیمٹوسیکنڈ لیزر انڈسڈ سلیکٹیو اینچنگ

07 انجیکٹر نوزل ​​کی مائیکرو ڈرلنگ

Femtosecond لیزر مائیکرو ہول مشیننگ نے ہائی پریشر انجیکٹر مارکیٹ میں بہت سی کمپنیوں میں مائیکرو-EDM کی جگہ لے لی ہے جس کی وجہ فلو ہول پروفائلز کو تبدیل کرنے میں زیادہ لچک اور مشینی وقت کم ہے۔ ایک پراسیسنگ اسکین ہیڈ کے ذریعے بیم کی فوکس پوزیشن اور جھکاؤ کو خود بخود کنٹرول کرنے کی صلاحیت نے یپرچر پروفائلز (مثلاً، بیرل، فلیئر، کنورجنسی، ڈائیورجنس) کے ڈیزائن کو جنم دیا ہے جو کمبشن چیمبر میں ایٹمائزیشن یا دخول کو فروغ دے سکتا ہے۔ ڈرلنگ کا وقت ختم کرنے کے حجم پر منحصر ہے، جس میں ڈرل کی موٹائی 0.2 - 0.5 ملی میٹر اور سوراخ کا قطر 0.12 - 0.25 ملی میٹر ہے، جس سے یہ تکنیک مائیکرو-EDM سے دس گنا تیز ہوتی ہے۔ مائیکرو ڈرلنگ تین مرحلوں میں کی جاتی ہے، بشمول پائلٹ سوراخوں کی کھردری اور تکمیل۔ آرگن کو ایک معاون گیس کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ بورہول کو آکسیڈیشن سے بچایا جا سکے اور ابتدائی مراحل کے دوران حتمی پلازما کو محفوظ رکھا جا سکے۔

شکل 7. ڈیزل انجن انجیکٹر کے لیے الٹی ٹیپر ہول کی فیمٹوسیکنڈ لیزر ہائی پریسیئن پروسیسنگ

08 الٹرا فاسٹ لیزر ٹیکسچرنگ

حالیہ برسوں میں، مشینی درستگی کو بہتر بنانے، مادی نقصان کو کم کرنے، اور پروسیسنگ کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے، مائیکرو مشیننگ کا شعبہ آہستہ آہستہ محققین کی توجہ کا مرکز بن گیا ہے۔ الٹرا فاسٹ لیزر میں پروسیسنگ کے مختلف فوائد ہیں جیسے کم نقصان اور اعلی درستگی، جو پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی ترقی کو فروغ دینے کا مرکز بن گئی ہے۔ ایک ہی وقت میں، الٹرا فاسٹ لیزرز مختلف قسم کے مواد پر کام کر سکتے ہیں، اور لیزر پروسیسنگ مواد کو نقصان بھی ایک اہم تحقیقی سمت ہے۔ الٹرا فاسٹ لیزر مواد کو ختم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ جب لیزر کی توانائی کی کثافت مواد کے خاتمے کی حد سے زیادہ ہوتی ہے، تو ابلیٹ شدہ مواد کی سطح مخصوص خصوصیات کے ساتھ ایک مائیکرو نینو ڈھانچہ دکھائے گی۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ سطح کا یہ خاص ڈھانچہ ایک عام رجحان ہے جو اس وقت ہوتا ہے جب لیزر پروسیسنگ مواد۔ سطحی مائیکرو نینو ڈھانچے کی تیاری خود مواد کی خصوصیات کو بہتر بنا سکتی ہے اور نئے مواد کی ترقی کو بھی قابل بنا سکتی ہے۔ یہ الٹرا فاسٹ لیزر کے ذریعے سطحی مائیکرو نینو ڈھانچے کی تیاری کو اہم ترقیاتی اہمیت کے ساتھ ایک تکنیکی طریقہ بناتا ہے۔ فی الحال، دھاتی مواد کے لیے، الٹرا فاسٹ لیزر سطح کی ساخت پر تحقیق دھات کی سطح کو گیلا کرنے کی خصوصیات کو بہتر بنا سکتی ہے، سطح کی رگڑ اور پہننے کی خصوصیات کو بہتر بنا سکتی ہے، کوٹنگ کے آسنجن کو بڑھا سکتی ہے، اور خلیات کے دشاتمک پھیلاؤ اور چپکتی ہے۔

تصویر 8. لیزر سے تیار سلکان سطح کی سپر ہائیڈروفوبک خصوصیات

ایک جدید پروسیسنگ ٹیکنالوجی کے طور پر، الٹرا فاسٹ لیزر پروسیسنگ میں گرمی سے متاثرہ چھوٹے زون، مواد کے ساتھ تعامل کا غیر لکیری عمل، اور تفاوت کی حد سے زیادہ ہائی ریزولوشن پروسیسنگ کی خصوصیات ہیں۔ یہ مختلف مواد کی اعلی معیار اور اعلی صحت سے متعلق مائیکرو نینو پروسیسنگ کا احساس کرسکتا ہے۔ اور تین جہتی مائیکرو نینو ساخت کی تعمیر. خصوصی مواد، پیچیدہ ڈھانچے اور خصوصی آلات کی لیزر مینوفیکچرنگ کا حصول مائیکرو نینو مینوفیکچرنگ کے لیے نئی راہیں کھولتا ہے۔ اس وقت، فیمٹوسیکنڈ لیزر بہت سے جدید سائنسی شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے: فیمٹوسیکنڈ لیزر کو مختلف آپٹیکل آلات، جیسے مائیکرو لینز اری، بایونک کمپاؤنڈ آئیز، آپٹیکل ویو گائیڈز اور میٹا سرفیسز کی تیاری کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اپنی اعلیٰ درستگی، اعلیٰ ریزولیوشن اور تین جہتی پروسیسنگ کی صلاحیتوں کے ساتھ، فیمٹوسیکنڈ لیزر مائیکرو فلائیڈک اور آپٹو فلائیڈک چپس جیسے کہ مائیکرو ہیٹر کے اجزاء اور تین جہتی مائیکرو فلائیڈک چینلز کو تیار یا انٹیگریٹ کر سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، فیمٹوسیکنڈ لیزر اینٹی ریفلیکشن، اینٹی ریفلیکشن، سپر ہائیڈروفوبک، اینٹی آئیسنگ اور دیگر افعال کو حاصل کرنے کے لیے سطح کے مائیکرو نینو اسٹرکچر کی مختلف اقسام بھی تیار کر سکتا ہے۔ صرف یہی نہیں، فیمٹوسیکنڈ لیزر کو بائیو میڈیسن کے شعبے میں بھی لاگو کیا گیا ہے، جو حیاتیاتی مائیکرو اسٹینٹ، سیل کلچر سبسٹریٹس اور بائیولوجیکل مائکروسکوپک امیجنگ جیسے شعبوں میں شاندار کارکردگی دکھا رہا ہے۔ وسیع درخواست کے امکانات۔ فی الحال، فیمٹوسیکنڈ لیزر پروسیسنگ کے ایپلیکیشن فیلڈز سال بہ سال پھیل رہے ہیں۔ مذکورہ بالا مائیکرو آپٹکس، مائیکرو فلائیڈکس، ملٹی فنکشنل مائیکرو نینو اسٹرکچرز اور بائیو میڈیکل انجینئرنگ ایپلی کیشنز کے علاوہ، یہ کچھ ابھرتے ہوئے شعبوں، جیسے میٹا سرفیس کی تیاری میں بھی بہت بڑا کردار ادا کرتا ہے۔ ، مائیکرو نینو مینوفیکچرنگ اور کثیر جہتی آپٹیکل انفارمیشن اسٹوریج وغیرہ۔