priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-4-342-354pribor-366Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИБОРОВDESIGN AND PRODUCTION TECHNOLOGY OF INSTRUMENTSМетод совмещения шаблона и заготовки для установки прямого экспонирования печатных плат на основе жидкокристаллической матрицыMethod of Photomask and Blank Alignment for Direct Exposure of PCB Based on a Liquid Crystal MatrixКоробковМ. А.KorobkovM. A.

Максим Андреевич Коробков — аспирант; кафедра 307 „Цифровые технологии и информационные системы“; старший преподаватель

Москва

Maksim A. Korobkov — Post-Graduate Student; Department of Digital Technologies and Information Systems; Senior Lecturer

Moscow

josef_turok@bk.ruДемидовА. С.DemidovA. S.

Артем Сергеевич Демидов — студент; кафедра 307 „Цифровые технологии и информационные системы“; инженер

Москва

Artem S. Demidov — Student; Department of Digital Technologies and Information Systems; Engineer

Moscow

art.dem37@gmail.comХомутскаяО. В.KhomutskayaO. V.

Ольга Владиславовна Хомутская — канд. техн. наук, доцент; кафедра 307 „Цифровые технологии и информационные системы“; доцент

Москва

Olga V. Khomutskaya — PhD, Associate Professor; Department of Digital Technologies and Information Systems

Moscow

khomutskayaov@gmail.comМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation InstituteRussian Federation202507052025684342354Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/366

Представлен метод оптического совмещения шаблона и заготовки для установки прямого экспонирования печатных плат, использующей жидкокристаллическую матрицу, с целью формирования топологии на фоточувствительном материале. В частности, рассмотрены процессы калибровки положения видеокамеры относительно рабочего поля установки и позиционирования изображения с переносимой топологией — относительно положения заготовки. Для каждого процесса составлены алгоритмы реализации и выполнено экспериментальное тестирование, подтвердившее их работоспособность. Статистический анализ показал погрешность совмещения шаблона и заготовки ±300 мкм. Разработанные алгоритмы и их программные реализации могут быть использованы в качестве методического и программного базиса при исследовании методов оценки и компенсации деформации печатных плат в процессе их производства.

A method of optical alignment of photomask and blank for installing direct exposure of PCB on a liquid crystal matrix to form a desired topology on the photosensitive material is presented. In particular, the processes of calibrating the video camera position relative to the working field of the installation and positioning the image with the transferred topology relative to the workpiece position are considered. Implementation algorithms are compiled for each process and experimental testing is performed to confirm their operability. Statistical analysis shows an error in alignment the photomask topology with the blank of ± 300 microns. The developed algorithms and corresponding software implementations can be used as a methodological and programmatic basis for a study of methods for evaluating and compensating for PCB deformation during its manufacture.

производство печатных платдеформация печатных платпрямое экспонированиецифровой фотошаблонжидкокристаллическая матрицанадежность технологических процессовproduction of printed circuit boardsdeformation of printed circuit boardsdirect exposuredigital photomaskliquid crystal displayreliability of PCB manufacturing processesработа поддержана грантом Российского научного фонда, грант № 23-29-10204.The work was supported by a grant from the Russian Science Foundation, grant No. 23-29-10204.ReferencesВасильев Ф. В. Физическая надежность электроники. М.: МАИ, 2022. 160 с.Vasiliev F.V. Fizicheskaya nadezhnost’ elektroniki (Physical Reliability of Electronics), Moscow, 2022, 160 р. (in Russ.)Платы печатные: Справочник / Под ред. К. Ф. Кумбза. В 2 кн. Кн. 1. М.: Техносфера, 2011. 1016 с.Kumbz K.F., ed., Platy pechatnyye: Spravochnik (Printed Circuit Boards: Directory), Moscow, 2011, 1016 р. (in Russ.)Медведев А. М., Сокольский А. М. Технологическое обеспечение надежности электрической изоляции электронных сборок авионики // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2015. № 11. С. 41–44.Medvedev A.M., Sokolsky A.M. Sborka v mashinostroyenii, priborostroyenii, 2015, no. 11, pp. 41–44. (in Russ.)Ванцов С., Хомутская О., Лийн Е. Влияние конструктивных параметров на плоскую деформацию печатных плат // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2023. № 8(229). С. 108–113.Vantsov S., Khomutskaya O., Liin E. Electronics: Science, Technology, Business, 2023, no. 8(229), pp. 108–113. (in Russ.)Никитин С., Поздняков К., Хомутская О. Оценка деформации печатных плат // Производственные технологии. 2019. № 5. С. 144–150.Nikitin S., Pozdnyakov K., Khomutskaya O. Proizvodstvennyye tekhnologii, 2019, no. 5, pp. 144–150. (in Russ.)Khomutskaya O. V., Medvedev A. M., Korobkov M. A. et al. The Method of Automated Evaluation of the Deformation of the Printed Circuit Board // Proc. of ICOECS. 2021. P. 510–512. DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657420.Khomutskaya O.V., Medvedev A.M., Korobkov M.A. et al. Proc. of ICOECS, 2021, рр. 510–512, DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657420.Коробков М. А., Зайкин В. Д., Мареичев Е. С. и др. Система прямого экспонирования на основе жидкокристаллической матрицы // Научное приборостроение. 2023. № 33(1). C. 65–85.Korobkov M.A., Zaikin V.D., Mareichev E.S., Khomutskaya O.V., Vasiliev F.V. Nauchnoe Priborostroenie (Scientific Instrumentation), 2023, no. 1(33), pp. 65–85. (in Russ.)Коробков М. А., Зайкин В. Д. Метод масочной компенсации неравномерности излучения в системе прямого экспонирования на основе жидкокристаллической матрицы // Труды МАИ. 2023. № 132.Korobkov M.A., Zajkin V.D. Trudy MAI, 2023, no. 132. (in Russ.)Коробков М. А. Применение установки прямого экспонирования на основе жидкокристаллической матрицы для компенсации деформации печатных плат // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 7. С. 622–632. DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-7-622-632.Korobkov M.A. Journal of Instrument Engineering, 2024, no. 7(67), pp. 622–632, DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-7-622-632. (in Russ.)Цветков Ю. Б. Управление топологической точностью фотолитографии: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 174 с.Tsvetkov Yu.B. Upravleniye topologicheskoy tochnost’yu fotolitografii (Control of Topological Accuracy of Photolithography), Moscow, 2005, 174 р. (in Russ.)Новиков А. И., Саблина В. А., Горячев Е. О. Применение контурного анализа для совмещения изображений // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. № 9-1. С. 260–270.Novikov A.I., Sablina V.A., Goryachev E.O. News of the Tula state university. Technical sciences, 2013, no. 9-1, pp. 260–270. (in Russ.)Косарев О. В., Дементьева Е. Г., Катунцов Е. В. и др. Алгоритм совмещения двумерных изображений методами контурного анализа // Вестник РГРТУ. 2021. № 75. С. 24–33.Kosarev О.V., Dementieva E.G., Katuntsov Е.V., Luntovskaya Y.А., Katelevsky D.А. Vestnik of Ryazan State Radio Engineering University, 2021, no. 75, pp. 24–33. (in Russ.)Глаголев В. М. Описание и программное устранение дисторсии объективов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. № 9-2. С. 188–194.Glagolev V.M. News of the Tula state university. Technical sciences, 2017, no. 9-2, pp. 188–194. (in Russ.)Бахрушина Г. И. Моделирование геометрических атак на основе аффинных преобразований // Ученые заметки ТОГУ. 2013. Т. 4, № 4. С. 1291–1297.Bakhrushina G.I. Scientists notes PNU, 2013, no. 4(4), pp. 1291–1297. (in Russ.)Максимов Н. А., Склеймин Ю. Б., Шаронов А. В. Программный комплекс построения маршрута движения беспилотного авиационного комплекса при его перебазировании в зону действия // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23, № 3. С. 102–111.Maximov N., Skleymin Yu., Sharonov A. Aerospace MAI Journal, 2016, no. 3(23), pp. 102–111. (in Russ.)Максимов Н. А., Малюта Е. В., Шаронов А. В. Система автоматизированного учета повреждений воздушного судна, зафиксированных при предполетном осмотре // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22, № 4. С. 85–90.Maximov N., Malyuta E., Sharonov A. Aerospace MAI Journal, 2015, no. 4(22), pp. 85–90. (in Russ.)Максимов А. Н., Александров А. А., Романов В. Д. Метод чтения кадров с видеокамер и реализации алгоритмов обработки видеоизображений в программах на языках стандарта IEC 61499 // Научно-технический вестник Поволжья. 2022. № 4. С. 96–98.Maximov A.N., Alexandrov A.A., Romanov V.D. Scientific and Technical Volga Region Bulletin, 2022, no. 4, pp. 96– 98. (in Russ.)Шаронов А. В. Методы и алгоритмы обработки результатов экспериментальных исследований. М.: Изд-во МАИ, 2004.Sharonov A.V. Metody i algoritmy obrabotki rezul’tatov eksperimental’nykh issledovaniy (Methods and Algorithms for Processing the Results of Experimental Studies), Moscow, 2004. (in Russ.)Korobkov M. A., Vasilyev F. V., Khomutskaya O. V. Analytical Model for Evaluating the Reliability of Vias and Plated Through-Hole Pads on PCBs // Inventions 2023. Vol. 8, N 3. Р. 77. DOI: https://doi.org/10.3390/inventions8030077.Korobkov M.A., Vasilyev F.V., Khomutskaya O.V. Inventions, 2023, no. 3(8), pp. 77, DOI: https://doi.org/10.3390/inventions8030077.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.