پیش از آنکه اندیشه توسعه برد مدار چاپی شکل بگیرد ؛ برخی پیشرفت ها و فن آوری ها که زمینه ساز این دستاورد بودند تکامل یافت و به دنیای دانش و تکنولوژی شناسانده شد. بردهای مدار چاپی (PCB) در واقع تکامل یافته سیستم های اتصال الکتریکی است که در سال ۱۸۵۰ توسعه یافته بود . در این سیستم ها از نوارها یا میله های فلزی برای اتصال قطعات بزرگ الکتریکی که خود بر روی پایه های چوبی نصب شده بودند استفاده می شد. با گذشت زمان نوارهای فلزی بوسیله سیم هایی که به پیچ های ترمینال ها متصل بودند جایگزین شدند و پایه های چوبی با شاسی های فلزی جایگزین گردیدند . در سال ۱۸۵۲ هنگامی که در انگلستان W.H.F. Talbot یک فرآیند فتواچینگ را که بر روی مس قابل بکارگیری بود ، به ثبت رسانید ، بردهای مداری و میکرومداری از رویا و آرزو خارج شدند . در عین حال فرآیند بکار گرفته شده شامل بکارگیری نخستین فتورزیست هایی بود که ساخته شد. طی سال های بعد پیشرفت هایی در زمینه های مختلف از قبیل توسعه و بهبود فرآیندهای آبکاری فلزات و به ویژه آبکاری سطوح غیر فلزی حاصل گردید.
در آن سال ها برای ساخت تجهیزات برقی بدون استفاده از بردهای مدار چاپی (PCB) ؛ روش اتصال مستقیم قطعات را به یکدیگر به کار می گرفتند . در این روش , همواره معایب زیر با تجهیزات ساخته شده همراه بود .
- هر سیستم مونتاژ شده با دیگر سیستم ها متفاوت بود. (تکرار پذیری در تولید عملا غیر ممکن بود )
- کار مونتاژ نیازمند حضور افراد توانا و با تجربه بود
- تعمیرمشکل بود و برای پیداکردن قطعه معیوب ؛ سیم ها و اتصالات نیز درمنطقه معیوب باید به دقت و همزمان کنترل می شد
- به دلیل تکرار پذیر نبودن فرایند نقشه ای معتبر که محل قطعات را نشان بدهد وجود نداشت
- مقاومت محصول در برابر ارتعاشات و تکان ها در زمان بهره برداری پائین بود و قطعات از محل خود جابجا و حتی کنده میشدند و به راحتی اتصال کوتاه های ناخواسته بوجود میآمد
- نویزهای مغناطیسی و الکتریکی به دلیل مستحکم نبودن برد متغییر بود و راه حل مناسبی برای حل تاثیر میدان های مغناطیسی و الکتریکی بر روی قطعات برد وجود نداشت
- تولید انبوه عملا غیر ممکن بود و تنها در صنایع نظامی تلاش میشد تیراژ تولید افزایش پیدا کند.
اولین قدم برای حل این قبیل مسائل انتقال قطعات مونتاژ شده به درون یک چارچوب و نمایش ترسیمی مکان دقیق هر قطعه بود . برای سال ها متمادی و حتی در طول سال های جنگ جهانی دوم و پس از آن روشی که تکنیک اتصال نقطه به نقطه خوانده می شد به طور گسترده ای به خدمت گرفته شد که واجد برخی مزایای اساسی بردهای مدار چاپی (PCB) بود . یکی از دوستان توماس ادیسون به نام فرانک اسپارگ که بنیان گزار اسپارگ الکترونیک بود ؛ در سال ۱۹۰۴ وقتی که هنوز درس می خواند ؛ فکر حذف اتصال نقطه به نقطه را با توماس ادیسون در میان گذاشت، توماس ادیسون که اولین حباب لامپ الکتریکی خود را به بازار عرضه کرده بود، روی این مشکل کار کرد و در پاسخ به دوستش چند ایده را مطرح کرد
- بکارگیری انتخابی نوعی چسب همراه با پودر گرافیت و یا پودر فلزی نظیر پودر برنز
- پیاده کردن طرح هادی بر روی یک دی الکتریک با نیترات نقره و سپس احیا آن به نقره فلزی
- بکارگیری ورقه نازک طلا و چسباندن آن بر روی یک پایه مطابق طرح هادی .
اگرچه ادیسون در تذکرات کوتاه خود از چاپ یادی نمی کند اما دست کم دو طرح اول او بسادگی با فرآیندهای متعدد ساخت مدار چاپی (PCB) که امروزه هم استفاده می شود همخوانی دارد.
آلبرت هانسون برلینی در انگلیس و در سال ۱۹۰۳ برای رفع نیاز ارتباط های تلفنی فرایند جدید را معرفی نمود. فرآیند او اگرچه یک روش مدار چاپی (PCB) واقعی نبود، اما طرح هادی فلزی را بر روی یک بستر غیر هادی ایجاد می کرد. در روش او ورق های نازک فلزی ابتدا مطابق طرح هادی برش خورده و سپس بر روی کاغذهای پارافینی یا نظایر آن چسبانده می شد.
طرح هانسون نوآوری هایی داشت که می توان از آنها به عنوان اصول مدرن ساخت مدارهای چاپی یادکرد. هانسون متوجه شده بود که تراکم مداری خیلی مهم است و از اینرو مدارهای خود را با المانهای هادی در دو طرف طراحی کرده بود. او همچنین متوجه شد که ارتباط بین دو طرف چقدر می تواند حیاتی باشد و لذا سوراخ های دستیابی بین دو سمت مدار ایجاد کرد و عبور از سطح بالا به پائین مدار را به فرایند خود اضافه کرد. اگرچه این اتصالات خام و ابتدایی بود اما اختراع هانسون در سال ۱۹۰۳ بوضوح توصیفی از مدارهای دوطرفه متالیزه امروزی بود. آلبرت هانسون همچنین بیان مدعی شد که هادی ها می تواند در محل خود از طریق آبکاری الکتریکی و یا بکارگیری پودر فلزی در یک حامل مناسب تشکیل شود. این که در نخستین ثبت اختراع مدار چاپی (PCB) در تاریخ است.
پاول ایسلر را به عنوان مخترع برد مدار چاپی نوین میشناسند. ایسلر یک یهودی اتریشی تبار فارغالتحصیل دانشگاه فنی وین بود، که پس از چند تجربه شغلی ناموفق به کار روزنامهنگاری مشغول شد. تجربه ایسلر در صنعت چاپ به کار او آمد، ایسلر متوجه شد که صنعت چاپ صنعتی دقیق است از این رو تلاش کرد تا بتواند سیم کشیهای چاپ شده تولید کند رشد و از شر آشوب تخته های سیم کشی خلاص شود. .حضور نازیها در آلمان سبب مهاجرت او به انگلیس شد. در انگلیس ایسلر با انجام کارهای متفرقه و حتی فروش طرحهایش امرار معاش میکرد. تا اینکه توانست در سال ۱۹۴۰ اولین رادیوی جهان با مدار چاپی را بسازد و گواهی ثبت اختراع آن را اخذ کند. در سال ۱۹۴۸ نیروی هوایی آمریکا اعلام کرد که تمامی آلات دقیق هواپیماهای خود را با استفاده از فیبر مدار چاپی اجرا خواهد نمود. و از همین تاریخ بود که این اختراع تجاری شد. جالب است بدانید اختراعات دیگری نیز توسط این مخترع انجام شده از جمله گرم کن شیشه خودرو و … در نهایت ایسلر در سال ۱۹۹۲ در لندن در گذشت.
در طول دهه ۱۹۵۰و اوایل دهه ۱۹۶۰ میلادی ؛ صفحات مدار چاپی (PCB) از انواع رزین ها در مخلوط با انواع متفاوتی از مواد ساخته می شد، اما بردهای مدار چاپی (PCB) همچنان یک طرفه بودند. توسعه صنعت الکترونیک پس از جنگ جهانی دوم و تقاضای بالا برای محصولات مصرفی مانند رادیو و تلویزیون و به طور همزمان استفاده از صنعت الکترونیک در کاربردهای نظامی موجب سخت تر شدن مقررات و الزاماتی برای قابلیت اطمینان بیشتر بردهای مدار چاپی و نیز افزایش تراکم مداری و پیچیدگی آن ها شد و با رسیدن به بالاترین تراکم مداری نیاز به جایگزینی با بردهای دو رو بیش از پیش احساس گردید. روش های مختلف و فنون تولید که در طول این دوره برای ساخت مدار و اتصالات میانی کاملا عمومیت پیدا کرده بود؛ در اواخر دهه ۵۰ به فرآیندهای آبکاری بر روی ورقه های نازک فلزی منجر گردید. همچنین تا ظهور فرآیندهای مناسب آبکاری بر روی سطوح غیرهادی جهت متالیزه کردن دیواره سوراخ ها ، استفاده از استوانه های فلزی برای اتصال مدارها در دو سطح بالایی و پائینی بردمدار چاپی (PCB) روش رایج آن دوره بود.
آبکاری به عنوان روشی برای ایجاد اتصالات میانی دو طرف برد مدار چاپی (PCB) در طول این دهه به آهستگی رشد کرد. در سال ۱۹۴۸ وین در ضمن بررسی های خود در زمینه فرآیندهای متالیزه کردن سطوح نارسانا با مس ، فرآیندی دو مرحله ای را برای حساس کردن و فعال کردن سطوح نارسانا به کار برد . متالیزه کردن سطوح نارسانا از مدت ها پیش شناخته شده بود اما این روش ها به دلیل ناپایداری محلول ها و تجزیه آن ها در کمتر از چند ساعت و نیز قیمت بالا به ندرت برای تولید انبوه توصیه می شد. در فاصله سال های ۱۹۵۵ – ۱۹۵۳ شرکت موتورولا ، فرآیند آبکاری مس را برای ایجاد اتصال میان دو طرف برد مدار چاپی معرفی کرد که برای تولید انبوه مناسب تر بود . اتکینسون در سال ۱۹۵۶ حق امتیازی را در زمینه آبکاری غیرالکتریکی و فعال سازی سطوح نارسانا به ثبت رسانید که روشی موفق بود. سپس فرآیندهای دیگری نیز به دنبال آمدند و عاقبت در سال ۱۹۶۰ شرکت شیپلی کاتالیست مناسبی را معرفی کرد که به سرعت در صنعت مدار چاپی وارد شد و تا امروز باقی مانده است. در سال ۱۹۶۴ یک شرکت آمریکا فرآیندی تمام افزایشی را توسعه داد که در آن ماده پایه بدون مس است و مس بر روی نقاط دلخواه به صورت انتخابی آبکاری شد.
نزدیک به ۴۰ سال روش غالب برای متالیزه کردن سوراخ های ارتباطی در بردهای دورو شامل فرآیندهای کاتالیتیکی بود که با پوشش دهی مس به طریقه الکترولس دنبال می شد. بکارگیری روش های متالیزه مستقیم که در دهه ۸۰ میلادی توسعه یافت یک سطح رسانا بر روی جداره غیر هادی سوراخ ها تولید می کند. این فن آوری ها عموما از نظر کنترل و مراحل اجرایی ساده تر بود و ضمن کاهش مصرف آب تصفیه پساب آن ها نیز آسان تر است و مواد آلاینده دارند. ایده اصلی متالیزه مستقیم برای سیستم پالادیم به ثبت امتیاز شخصی بنام رادووسکی در سال ۱۹۶۳ باز می گردد که مدلی برای ایجاد یک فیلم هادی جریان الکتریسیته از جنس پالادیم در دیواره سوراخ های برد مدار چاپی از یک شکل نیمه کلوئیدی برای متالیزه کردن مستقیم برد مدار چاپی پیشنهاد کرد. اختراع رادووسکی هرگز تجاری نشد، اما بعدها روش های گوناگون متالیزه کردن مستقیم مبتنی بر بکارگیری پالادیم، گرافیت و پلیمر هادی پیشنهاد و عرضه شد . از آن زمان تا کنون تغییرات بیشتری رخ داده است. در دهه ۶۰ میلادی بردهای چندلایه رشد یافتند .
فن آوری نصب سطحی که در دهه ۸۰ معرفی شد در واقع بیست سال پیش تر و در دهه ۶۰ کشف شده بود. سلدرماسک ها از آغاز دهه ۱۹۵۰ بکار برده می شدند و از آن برای کمک به کاهش خوردگی خطوط و قطعات استفاده می کردند. ترکیبات اپوکسی، بر روی سطح بردهای مونتاژ شده پاشیده می شد. عاقبت مرکب های سلدر ماسک به روش سیلک اسکرین بر روی بردها پیش از مونتاژ قطعات چاپ شد که به تمیز ماندن بردها و کاهش خوردگی و جلوگیری از اکسید شدن آن ها کمک می کرد. در طول دهه ۷۰ میلادی هنوز سطح خطوط هادی و مدارها با پوشش قلع / سرب پوشانده می شد ؛ که در حین فرآیند ساخت و به طریق الکترولیز ایجاد شده بود. این پوشش در حین فرآیند لحیم کاری ذوب و سبب چروک شدن پوشش سلدر ماسک می شد. از اواخر دهه ۷۰ روش Hot Air Solder Leveling ( H.A.S.L ) و یا به اختصار HAL بکار گرفته شد که امکان می داد قلع / سرب پس از مس بری از سطح خطوط هادی برداشته شده و به این ترتیب مشکلات مربوط به آن حذف گردد. به این ترتیب پوشش سلدر ماسک ( محافظ در برابر لحیم ) مستقیم بر روی مس چاپ می شد و فقط پدها و دیواره سوراخ های آبکاری شده باقی می ماندند تا در حینِ فرآیند ِمونتاژ با لحیم آغشته شوند. با کوچک شدن سوراخ ها و خطوط هادی، بردهای الکترونیکی متراکم تر شدند و بکارگیری نوع فیلم خشک برای چاپ سلدر ماسک برای اولین بار در آمریکا رایج شد در حالی که اولین پوشش های موسوم به Photo Image در اروپا و ژاپن توسعه یافت. همچنین در اروپا مرکب هایی که به روش پوشش پرده ای بکار گرفته می شدند عرضه شد و مورد استفاده قرار گرفت. اما ژاپنی ها بیشتر بر روی چاپ سیلک اسکرین با محلول های ظهور بر پایه آب متمرکز بودند . ناگفته نماند که تمامی این روش ها از یک واحد نوردهی پرتو فرابنفش و نورابزار استفاده می نمایند.
