لوحة الدوائر المطبوعة

قبل تطوير لوحات الدوائر المطبوعة، كانت الدوائر الكهربائية والإلكترونية تُوصل نقطة بنقطة على هيكل. عادةً ما كان الهيكل عبارة عن إطار أو صينية من الصفيح المعدني، وأحيانًا بقاعدة خشبية. تُثبّت المكونات على الهيكل، عادةً بواسطة مواد عازلة عندما تكون نقطة التوصيل على الهيكل معدنية، ثم تُوصل أطرافها مباشرةً أو بأسلاك توصيل عن طريق اللحام ، أو أحيانًا باستخدام موصلات الضغط ، أو أطراف توصيل الأسلاك على أطراف لولبية، أو طرق أخرى. كانت الدوائر كبيرة الحجم، ضخمة، ثقيلة الوزن، وهشة نسبيًا (حتى مع استبعاد الأغلفة الزجاجية القابلة للكسر لأنابيب التفريغ التي كانت تُضمّن غالبًا في الدوائر)، وكان إنتاجها كثيف العمالة، لذا كانت المنتجات باهظة الثمن.

بدأ تطوير الأساليب المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة في أوائل القرن العشرين. ففي عام ١٩٠٣، وصف المخترع الألماني ألبرت هانسون موصلات رقائقية مسطحة مغلفة بلوحة عازلة، في طبقات متعددة. وفي عام ١٩٠٤، أجرى توماس إديسون تجارب على الطرق الكيميائية لطلاء الموصلات على ورق الكتان. وفي عام ١٩١٣، حصل آرثر بيري على براءة اختراع لطريقة الطباعة والحفر في المملكة المتحدة، وفي الولايات المتحدة، حصل ماكس شوب على براءة اختراع ^{[ ٥ ]} لرش المعدن باللهب على لوحة من خلال قناع منقوش. وفي عام ١٩٢٥، حصل تشارلز دوكاس على براءة اختراع لطريقة الطلاء الكهربائي لأنماط الدوائر. ^{[ ٦ ]}

سبق اختراع الدوائر المطبوعة، وكان مشابهاً له في الفكرة، جهاز جون سارجروف لصنع الدوائر الإلكترونية (ECME) الذي تم تطويره بين عامي 1936 و1947، والذي كان يقوم برش المعدن على لوحة بلاستيكية من الباكليت . وكان بإمكان جهاز ECME إنتاج ثلاث لوحات راديو في الدقيقة.

اخترع المهندس النمساوي بول إيسلر الدائرة المطبوعة كجزء من جهاز راديو أثناء عمله في المملكة المتحدة حوالي عام 1936. وفي عام 1941 تم استخدام دائرة مطبوعة متعددة الطبقات في الألغام البحرية الألمانية ذات التأثير المغناطيسي .

في حوالي عام 1943، بدأت الولايات المتحدة باستخدام هذه التقنية على نطاق واسع لتصنيع صمامات التقارب لاستخدامها في الحرب العالمية الثانية. ^{[ 6 ]} تطلبت هذه الصمامات دائرة إلكترونية قادرة على تحمل إطلاق النار، وقابلة للإنتاج بكميات كبيرة. قدم قسم سنترالاب التابع لشركة غلوب يونيون اقتراحًا باستخدام تقنية الأغشية السميكة التي استوفت المتطلبات. تعتمد هذه التقنية على طباعة شاشة خزفية بطلاء معدني للموصلات ومادة كربونية للمقاومات ، مع لحام مكثفات قرصية خزفية وأنابيب تفريغ مصغرة في مكانها. ^{[ 7 ]} أثبتت هذه التقنية جدواها، وحصلت شركة غلوب يونيون على براءة اختراعها، التي صنفها الجيش الأمريكي سرية. وفي عام 1984، منح معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) هاري دبليو روبنشتاين جائزة كليدو برونيتي لمساهماته الرائدة في تطوير المكونات والموصلات المطبوعة على ركيزة عازلة مشتركة. كُرِّم روبنشتاين عام 1984 من قِبَل جامعته الأم، جامعة ويسكونسن-ماديسون ، لابتكاراته في تكنولوجيا الدوائر الإلكترونية المطبوعة وتصنيع المكثفات. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ويمثل هذا الاختراع أيضًا خطوةً في تطوير تكنولوجيا الدوائر المتكاملة ، حيث لم يقتصر الأمر على تصنيع الأسلاك فحسب، بل شمل أيضًا تصنيع المكونات السلبية على الركيزة الخزفية.

في عام ١٩٤٨، سمحت الولايات المتحدة باستخدام الاختراع تجاريًا. ولم تنتشر الدوائر المطبوعة في الإلكترونيات الاستهلاكية إلا في منتصف خمسينيات القرن العشرين، بعد أن طوّر الجيش الأمريكي عملية التجميع الآلي . وفي الوقت نفسه تقريبًا، أجرى جيفري دومر ، الذي كان يعمل آنذاك في مركز أبحاث وتطوير الإلكترونيات (RRDE) ، أعمالًا مماثلة في المملكة المتحدة .

كانت موتورولا من أوائل الشركات الرائدة في إدخال هذه التقنية إلى الإلكترونيات الاستهلاكية، حيث أعلنت في أغسطس 1952 عن اعتماد "الدوائر المطلية" في أجهزة الراديو المنزلية بعد ست سنوات من البحث واستثمار مليون دولار. ^{[ 10 ]} وسرعان ما بدأت موتورولا باستخدام مصطلحها المسجل لهذه التقنية، PLAcir، في إعلاناتها لأجهزة الراديو الاستهلاكية. ^{[ 11 ]} وأصدرت شركة هاليكرافترز أول منتج لها من الدوائر المطبوعة بتقنية "الحفر الضوئي"، وهو راديو-ساعة، في 1 نوفمبر 1952. ^{[ 12 ]}

حتى مع توفر لوحات الدوائر المطبوعة، ظلّت طريقة بناء الهيكل بتقنية التوصيل المباشر شائعة الاستخدام في الصناعة (مثل أجهزة التلفزيون وأجهزة الصوت عالية الدقة) حتى أواخر الستينيات على الأقل. وقد طُرحت لوحات الدوائر المطبوعة لتقليل حجم ووزن وتكلفة أجزاء الدوائر. ففي عام 1960، كان من الممكن بناء جهاز استقبال راديو صغير للمستهلكين باستخدام جميع دوائره على لوحة دوائر واحدة، بينما كان جهاز التلفزيون يحتوي على الأرجح على لوحة دوائر واحدة أو أكثر.

في الأصل، كانت كل مكونات الدوائر الإلكترونية مزودة بأسلاك توصيل ، وكانت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تحتوي على ثقوب محفورة لكل سلك من أسلاك كل مكون. ثم تُدخل أسلاك المكونات عبر هذه الثقوب وتُلحم بمسارات النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة. تُعرف هذه الطريقة في التجميع باسم " البناء عبر الثقوب" . في عام 1949، طوّر مو أبرامسون وستانيسلاوس ف. دانكو من سلاح الإشارة بالجيش الأمريكي عملية التجميع التلقائي، حيث تُدخل أسلاك المكونات في نمط توصيل من رقائق النحاس وتُلحم بالغمس . وقد مُنحت براءة الاختراع التي حصلا عليها في عام 1956 للجيش الأمريكي. ^{[ 13 ]} مع تطور تقنيات تصفيح وحفر لوحات الدوائر ، تطور هذا المفهوم ليصبح عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة القياسية المستخدمة اليوم. يمكن إجراء اللحام تلقائيًا عن طريق تمرير اللوحة فوق تموج من اللحام المنصهر في آلة لحام موجي . ومع ذلك، فإن الأسلاك والثقوب غير فعالة، حيث أن حفر الثقوب مكلف ويستهلك رؤوس الحفر، كما تُقطع الأسلاك البارزة وتُتلف.

منذ ثمانينيات القرن الماضي، حلت أجزاء التثبيت السطحي محل مكونات التثبيت عبر الثقوب بشكل متزايد، مما أتاح إنتاج لوحات أصغر وتكاليف إنتاج أقل، ولكنه جعل عمليات الإصلاح أكثر صعوبة.

في تسعينيات القرن العشرين، ازداد استخدام لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات. ونتيجة لذلك، تم تصغير حجمها بشكل أكبر، وتم دمج لوحات الدوائر المطبوعة المرنة والصلبة في أجهزة مختلفة. وفي عام 1995، بدأ مصنّعو لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام تقنية الثقوب الدقيقة لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI). ^{[ 14 ]}

أدت التطورات الحديثة في الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى ظهور العديد من التقنيات الجديدة في صناعة لوحات الدوائر المطبوعة. ويمكن استخدام الإلكترونيات المطبوعة ثلاثية الأبعاد لطباعة العناصر طبقة تلو الأخرى، ثم طباعتها باستخدام حبر سائل يحتوي على وظائف إلكترونية.

تتيح تقنية التوصيل البيني عالي الكثافة (HDI) تصميمًا أكثر كثافة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مما يسمح بإنتاج لوحات أصغر حجمًا تحتوي على عدد أكبر من المسارات والمكونات في مساحة محددة. ونتيجة لذلك، يمكن تقصير المسافات بين المكونات. تستخدم تقنية HDI الثقوب العمياء/المدفونة، أو مزيجًا منها يتضمن الثقوب الدقيقة. في لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات بتقنية HDI، يمكن تعزيز قوة التوصيل بين عدة ثقوب مكدسة فوق بعضها (ثقوب مكدسة، بدلًا من ثقب مدفون عميق واحد)، مما يُحسّن الموثوقية في جميع الظروف. تشمل التطبيقات الأكثر شيوعًا لتقنية HDI مكونات أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة، بالإضافة إلى المعدات الطبية ومعدات الاتصالات العسكرية. تُعادل لوحة الدوائر المطبوعة بتقنية HDI ذات الثقوب الدقيقة والمكونة من 4 طبقات في الجودة لوحة الدوائر المطبوعة ذات الثقوب النافذة المكونة من 8 طبقات، لذا يمكن لتقنية HDI خفض التكاليف. غالبًا ما تُصنع لوحات الدوائر المطبوعة بتقنية HDI باستخدام أغشية التراكم، مثل غشاء أجينوموتو، المستخدم أيضًا في إنتاج رقائق التوصيل المقلوبة . ^{[ 15 ] [ 16 ]} تحتوي بعض لوحات الدوائر المطبوعة على موجهات ضوئية، مشابهة للألياف الضوئية، مدمجة على لوحة الدوائر المطبوعة. ^{[ 17 ]}

يمكن أن تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة على طبقات متعددة من النحاس، والتي تُرتّب عادةً في أزواج. يُقدّم عدد الطبقات والوصلات المصممة بينها (الوصلات الرأسية، والثقوب المطلية) تقديرًا عامًا لمدى تعقيد اللوحة. يتيح استخدام طبقات أكثر خيارات توجيه أوسع وتحكمًا أفضل في سلامة الإشارة، ولكنه يستغرق وقتًا أطول ويكلف الكثير في التصنيع. وبالمثل، يسمح اختيار الوصلات الرأسية للوحة بضبط دقيق لحجمها، وتسهيل خروج الإشارات من الدوائر المتكاملة المعقدة، وتحسين التوجيه، وضمان موثوقية طويلة الأمد، ولكنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتعقيد الإنتاج وتكلفته.

تُعدّ اللوحة ثنائية الطبقات من أبسط اللوحات الإلكترونية إنتاجًا. تحتوي هذه اللوحة على طبقات خارجية من النحاس على كلا الجانبين. أما اللوحات متعددة الطبقات، فتُحاط بطبقات داخلية إضافية من النحاس والعازل. بعد اللوحات ثنائية الطبقات، تأتي اللوحات رباعية الطبقات. توفر هذه اللوحات خيارات توجيه أكثر بكثير في الطبقات الداخلية مقارنةً باللوحات ثنائية الطبقات، وغالبًا ما يُستخدم جزء من الطبقات الداخلية كطبقة أرضية أو طبقة طاقة، لتحقيق سلامة إشارة أفضل، وترددات إشارة أعلى، وتداخل كهرومغناطيسي أقل، وفصل أفضل لمصدر الطاقة.

في اللوحات متعددة الطبقات، تُرقّق طبقات المواد معًا على شكل طبقات متناوبة: نحاس، ركيزة، نحاس، ركيزة، نحاس، وهكذا؛ تُحفر كل طبقة من النحاس، وتُطلى أي فتحات داخلية (لن تمتد إلى السطحين الخارجيين للوحة متعددة الطبقات النهائية) قبل رقّق الطبقات معًا. لا تحتاج سوى الطبقات الخارجية إلى الطلاء؛ أما طبقات النحاس الداخلية فتُحمى بطبقات الركيزة المجاورة.

تُركّب المكونات "ذات الثقوب" عن طريق تمرير أسلاكها عبر اللوحة ولحامها بمسارات على الجانب الآخر. أما المكونات "ذات التركيب السطحي" فتُثبّت بأسلاكها على مسارات نحاسية على نفس جانب اللوحة. قد تستخدم اللوحة كلا الطريقتين لتركيب المكونات. أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة التي تحتوي على مكونات مُركّبة بتقنية الثقوب فقط نادرة. يُستخدم التركيب السطحي للترانزستورات ، والديودات ، ورقائق الدوائر المتكاملة ، والمقاومات ، والمكثفات. بينما يُستخدم التركيب بتقنية الثقوب لبعض المكونات الكبيرة مثل المكثفات الإلكتروليتية والموصلات.

استخدمت لوحات الدوائر المطبوعة الأولى تقنية الثقوب ، حيث يتم تركيب المكونات الإلكترونية بإدخال أطراف التوصيل عبر ثقوب في أحد جانبي اللوحة ولحامها على مسارات نحاسية في الجانب الآخر. قد تكون اللوحات أحادية الجانب، حيث يكون جانب المكونات غير مطلي، أو لوحات ثنائية الجانب أكثر إحكامًا، حيث تُلحم المكونات على كلا الجانبين. يتم تركيب الأجزاء ذات الثقوب الأفقية ذات طرفي التوصيل المحوريين (مثل المقاومات والمكثفات والثنائيات) عن طريق ثني أطراف التوصيل بزاوية 90 درجة في نفس الاتجاه، ثم إدخال الجزء في اللوحة (غالبًا ما يتم ثني أطراف التوصيل الموجودة على ظهر اللوحة في اتجاهين متعاكسين لتحسين المتانة الميكانيكية للجزء)، ثم لحام أطراف التوصيل، وقص الأطراف الزائدة. يمكن لحام أطراف التوصيل يدويًا أو باستخدام آلة لحام الموجة . ^{[ 18 ]}

ظهرت تقنية التثبيت السطحي في ستينيات القرن الماضي، واكتسبت زخمًا في أوائل ثمانينياته، وأصبحت شائعة الاستخدام بحلول منتصف تسعينياته. أُعيد تصميم المكونات ميكانيكيًا لتضمين ألسنة معدنية صغيرة أو أغطية طرفية يمكن لحامها مباشرةً على سطح لوحة الدوائر المطبوعة، بدلًا من الأسلاك التي تمر عبر الثقوب. أصبحت المكونات أصغر حجمًا بكثير، وأصبح وضعها على جانبي اللوحة أكثر شيوعًا من التثبيت عبر الثقوب، مما أتاح تجميع لوحات دوائر مطبوعة أصغر حجمًا بكثافة دوائر أعلى بكثير. يتميز التثبيت السطحي بسهولة التشغيل الآلي، مما يقلل تكاليف العمالة ويزيد معدلات الإنتاج بشكل كبير مقارنةً بلوحات الدوائر ذات الثقوب. يمكن توفير المكونات مثبتة على أشرطة حاملة. يتراوح حجم ووزن مكونات التثبيت السطحي بين ربع وعُشر حجم ووزن مكونات الثقوب، كما أن المكونات السلبية أرخص بكثير. ومع ذلك، فإن أسعار أجهزة التثبيت السطحي لأشباه الموصلات (SMDs) تتحدد بشكل أكبر من خلال الشريحة نفسها أكثر من العبوة، مع ميزة سعرية ضئيلة مقارنة بالعبوات الأكبر حجمًا، وبعض المكونات ذات الأطراف السلكية، مثل ثنائيات التبديل ذات الإشارة الصغيرة 1N4148 ، هي في الواقع أرخص بكثير من نظيراتها من أجهزة التثبيت السطحي.

يتكون كل مسار من جزء مسطح وضيق من رقاقة النحاس المتبقية بعد عملية الحفر. يجب أن تكون مقاومته ، التي تحددها عرضه وسماكته وطوله، منخفضة بما يكفي للتيار الذي سيحمله الموصل. قد تحتاج مسارات الطاقة والأرضي إلى أن تكون أعرض من مسارات الإشارة . في لوحة متعددة الطبقات، قد تكون إحدى الطبقات بأكملها مصنوعة في الغالب من النحاس الصلب لتعمل كسطح أرضي للحماية وعودة الطاقة. بالنسبة لدوائر الميكروويف والإشارات الرقمية عالية السرعة (التي تستخدم ترددات مماثلة)، يمكن تصميم خطوط النقل بشكل مستوٍ مثل الخطوط الشريطية أو الميكروستريب بأبعاد مضبوطة بدقة لضمان مقاومة ثابتة . في دوائر الترددات الراديوية ودوائر التبديل السريع، يصبح الحث والسعة لموصلات لوحة الدوائر المطبوعة عناصر مهمة في الدائرة، وعادةً ما تكون غير مرغوب فيها؛ على العكس من ذلك، يمكن استخدامها كجزء مقصود من تصميم الدائرة، كما هو الحال في مرشحات العناصر الموزعة والهوائيات والصمامات ، مما يلغي الحاجة إلى مكونات منفصلة إضافية. تحتوي لوحات الدوائر المطبوعة ذات التوصيلات البينية عالية الكثافة (HDI) على مسارات أو فتحات بعرض أو قطر أقل من 152 ميكرومتر. ^{[ 19 ]}

تُصنع الرقائق المصفحة بمعالجة طبقات من القماش أو الورق براتنج حراري تحت الضغط والحرارة لتشكيل قطعة نهائية متكاملة ذات سماكة موحدة. ويمكن أن تصل أبعادها إلى 1.2 × 2.4 متر (4 × 8 أقدام ) في العرض والطول. وتُستخدم أنواع مختلفة من نسيج القماش (عدد الخيوط في البوصة أو السنتيمتر)، وسماكة القماش، ونسبة الراتنج لتحقيق السماكة النهائية المطلوبة والخصائص العازلة . وتُدرج سماكات الرقائق المصفحة القياسية المتاحة في معيار ANSI/IPC-D-275. ^{[ 20 ]} 

يُحدد نوع الرقائق (FR-4، CEM -1، G-10 ، إلخ) وبالتالي خصائصها، وذلك بناءً على نوع القماش أو الألياف المستخدمة، ومادة الراتنج ، ونسبة القماش إلى الراتنج. ومن أهم هذه الخصائص: مستوى مقاومة الرقائق للحريق ، وثابت العزل الكهربائي (εr ₎ ، ومعامل الفقد (tan δ)، وقوة الشد ، وقوة القص ، ودرجة حرارة التحول الزجاجي (Tg _{) ،} ومعامل التمدد على المحور Z (مقدار تغير السماكة مع درجة الحرارة).

تتوفر العديد من المواد العازلة التي يمكن اختيارها لتوفير قيم عزل مختلفة حسب متطلبات الدائرة. من هذه المواد: متعدد رباعي فلورو الإيثيلين (التفلون)، وFR-4، وFR-1، وCEM-1، وCEM-3. أما المواد المُشَرَّبة مسبقًا والمعروفة في صناعة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) فهي: FR-2 (ورق قطني فينولي)، وFR-3 (ورق قطني وإيبوكسي)، و FR-4 (زجاج منسوج وإيبوكسي)، وFR-5 (زجاج منسوج وإيبوكسي)، وFR-6 (زجاج غير لامع وبوليستر)، و G-10 (زجاج منسوج وإيبوكسي)، وCEM-1 (ورق قطني وإيبوكسي)، وCEM-2 (ورق قطني وإيبوكسي)، وCEM-3 (زجاج غير منسوج وإيبوكسي)، وCEM-4 (زجاج منسوج وإيبوكسي)، وCEM-5 (زجاج منسوج وبوليستر). يُعد التمدد الحراري عاملًا مهمًا، خاصةً مع تقنيات مصفوفة الكرات الشبكية (BGA) وتقنيات الرقائق المكشوفة، وتوفر الألياف الزجاجية أفضل استقرار للأبعاد.

يُعدّ FR-4 المادة الأكثر شيوعًا في الاستخدام اليوم. ويُطلق على لوح الخشب الذي يحتوي على نحاس غير محفور اسم "الرقائق النحاسية المغلفة".

مع انخفاض حجم ميزات اللوحة وزيادة الترددات، تكتسب عدم التجانسات الصغيرة مثل التوزيع غير المتساوي للألياف الزجاجية أو الحشوات الأخرى، واختلافات السماكة، والفقاعات في مصفوفة الراتنج، والاختلافات المحلية المرتبطة بها في ثابت العزل الكهربائي، أهمية متزايدة.

تتكون ركائز لوحات الدوائر عادةً من مواد مركبة عازلة. تحتوي هذه المواد المركبة على مادة أساسية (عادةً ما تكون راتنج إيبوكسي ) ومادة تقوية (عادةً ما تكون ألياف زجاجية منسوجة، وأحيانًا غير منسوجة، وأحيانًا حتى ورق)، وفي بعض الحالات تتم إضافة مادة مالئة إلى الراتنج (مثل السيراميك؛ يمكن استخدام سيراميك التيتانات لزيادة ثابت العزل الكهربائي).

يُصنّف نوع التعزيز المواد إلى فئتين رئيسيتين: المنسوجات وغير المنسوجة. تُعدّ التعزيزات المنسوجة أرخص ثمناً، لكن ثابت العزل الكهربائي العالي للزجاج قد لا يكون مناسباً للعديد من التطبيقات ذات الترددات العالية. كما يُؤدي التركيب غير المتجانس مكانياً إلى اختلافات موضعية في المعايير الكهربائية، نتيجةً لاختلاف نسبة الراتنج إلى الزجاج في مناطق مختلفة من نمط النسيج. أما التعزيزات غير المنسوجة، أو المواد ذات التعزيز المنخفض أو المعدوم، فهي أغلى ثمناً، لكنها أكثر ملاءمةً لبعض تطبيقات الترددات الراديوية/التناظرية.

تتميز الركائز بعدة معايير رئيسية، أهمها المعايير الحرارية الميكانيكية ( درجة حرارة التحول الزجاجي ، قوة الشد ، قوة القص ، التمدد الحراري )، والمعايير الكهربائية ( ثابت العزل الكهربائي ، معامل الفقد ، جهد انهيار العزل الكهربائي ، تيار التسرب ، مقاومة التتبع ...)، وغيرها (مثل امتصاص الرطوبة).

عند درجة حرارة التحول الزجاجي، يلين الراتنج في المادة المركبة، مما يزيد من تمدده الحراري بشكل ملحوظ؛ وعند تجاوز هذه الدرجة، _يتعرض مكونات اللوحة لحمل ميكانيكي زائد، مثل الوصلات والثقوب الموصلة. عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة _التحول الزجاجي، يكون التمدد الحراري للراتنج مماثلاً تقريبًا للنحاس والزجاج، بينما يزداد بشكل ملحوظ عند درجات حرارة أعلى. ولأن التعزيز والنحاس يحصران اللوحة على طول سطحها، فإن معظم التمدد الحجمي يمتد إلى سمكها، مما يُجهد الثقوب المطلية. وقد يؤدي تكرار اللحام أو التعرض لدرجات حرارة عالية إلى تلف الطلاء، خاصةً مع اللوحات السميكة؛ لذا، تتطلب اللوحات السميكة مادة أساسية ذات درجة حرارة تحول زجاجي _عالية .

تحدد المواد المستخدمة ثابت العزل الكهربائي للركيزة . ويعتمد هذا الثابت أيضًا على التردد، حيث يتناقص عادةً مع ازدياد التردد. ولأن هذا الثابت يحدد سرعة انتشار الإشارة ، فإن اعتماده على التردد يُحدث تشوهًا في الطور في تطبيقات النطاق العريض؛ لذا يُعدّ الحصول على خصائص ثابتة قدر الإمكان لثابت العزل الكهربائي مقابل التردد أمرًا بالغ الأهمية. وتقلّ معاوقة خطوط النقل مع ازدياد التردد، وبالتالي تعكس الحواف الأسرع للإشارات طاقةً أكبر من الحواف الأبطأ.

يحدد جهد الانهيار العازل أقصى تدرج جهد يمكن أن تتعرض له المادة قبل أن تتعرض للانهيار (التوصيل، أو التفريغ الكهربائي، عبر العازل).

تحدد مقاومة التتبع مدى مقاومة المادة للتفريغات الكهربائية ذات الجهد العالي التي تتسلل فوق سطح اللوحة.

يُحدد معامل الفقد مقدار الطاقة الكهرومغناطيسية من الإشارات في الموصلات التي يمتصها لوح الدوائر. يُعد هذا العامل مهمًا للترددات العالية. وتكون المواد منخفضة الفقد أغلى ثمنًا. ويُعد اختيار مواد منخفضة الفقد دون داعٍ خطأً هندسيًا شائعًا في تصميم الدوائر الرقمية عالية التردد؛ إذ يزيد من تكلفة اللوحات دون فائدة مقابلة. ويمكن تقييم تدهور الإشارة الناتج عن معامل الفقد وثابت العزل الكهربائي بسهولة من خلال فحص نمط العين .

يحدث امتصاص الرطوبة عند تعرض المادة لرطوبة عالية أو للماء. قد يمتص كل من الراتنج والتقوية الماء؛ كما قد يتشرب الماء بفعل الخاصية الشعرية عبر الفراغات الموجودة في المواد وعلى طول التقوية. لا تتأثر مواد الإيبوكسي من نوع FR-4 كثيرًا، حيث لا تتجاوز نسبة امتصاصها 0.15%. أما التفلون، فيمتص الماء بنسبة منخفضة جدًا تبلغ 0.01%. في المقابل، تعاني البوليميدات وإسترات السيانات من امتصاص عالٍ للماء. يمكن أن يؤدي الماء الممتص إلى تدهور كبير في المعايير الرئيسية؛ فهو يُضعف مقاومة التتبع، وجهد الانهيار، والمعايير العازلة. يبلغ ثابت العزل النسبي للماء حوالي 73، مقارنةً بحوالي 4 لمواد لوحات الدوائر الشائعة. يمكن أن تتبخر الرطوبة الممتصة أيضًا عند التسخين، كما هو الحال أثناء اللحام ، مما يُسبب تشققًا وانفصالًا للطبقات ، ^{[ 21 ]} وهو التأثير نفسه المسؤول عن تلف "الفشار" في التغليف الرطب للأجزاء الإلكترونية. قد يكون من الضروري تجفيف الركائز بعناية قبل اللحام. ^{[ 22 ]}

المواد التي يتم مواجهتها بشكل متكرر:

• ورق FR-2 ، أو ورق قطني فينولي، ورق مشبع براتنج فينول فورمالدهيد . شائع الاستخدام في الإلكترونيات الاستهلاكية ذات اللوحات أحادية الجانب. خصائصه الكهربائية أقل من ورق FR-4. مقاومته للشرارة الكهربائية ضعيفة. يتحمل درجات حرارة تصل عمومًا إلى 105  درجة مئوية.
• قماش FR-4 ، وهو قماش من الألياف الزجاجية المنسوجة مشبع براتنج الإيبوكسي . يتميز بانخفاض امتصاص الماء (حتى 0.15%)، وخصائص عزل جيدة، ومقاومة جيدة للشرارة الكهربائية. شائع الاستخدام. تتوفر منه عدة أنواع بخصائص مختلفة نوعًا ما. يتحمل درجات حرارة تصل عادةً إلى 130  درجة مئوية.
• لوحة ألومنيوم ، أو لوحة ذات قلب معدني ، أو ركيزة معدنية معزولة (IMS)، مغلفة بطبقة رقيقة موصلة حراريًا - تُستخدم للأجزاء التي تتطلب تبريدًا فعالًا - مثل مفاتيح الطاقة ومصابيح LED. تتكون عادةً من طبقة واحدة، وأحيانًا طبقتين، من لوحة دوائر رقيقة مصنوعة من مادة FR-4 على سبيل المثال، مغلفة بصفائح ألومنيوم،  بسماكة تتراوح عادةً بين 0.8 و1 و1.5 و2 و3 ملم. تأتي الصفائح السميكة أحيانًا مع طبقة معدنية نحاسية أكثر سمكًا. ^{[ 23 ] [ 24 ]}
• الركائز المرنة - يمكن أن تكون رقاقة نحاسية مستقلة أو يمكن تغليفها بمقوي رقيق، على سبيل المثال 50-130  ميكرومتر.
  • تُستخدم رقائق البولي إيميد بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية صغيرة الحجم أو في الوصلات المرنة. وهي مقاومة لدرجات الحرارة العالية. ومن بين العلامات التجارية المعروفة : كابتون ، ويوبايلكس ، ^{[ 25 ]} وبيرالوكس . ^{[ 26 ]}
  • البوليستر ( PET )، وهو أرخص ثمناً ولكنه أقل مقاومة للحرارة. يمكن أن يكون شفافاً تماماً. ^{[ 27 ]}
  • المواد العازلة المركبة، مثل Puralux TK مع البولي إيميد والفلوروبوليمر. ^{[ 26 ]} قد تنفصل طبقة النحاس أثناء اللحام.
• تُعدّ لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية (PCBs الخزفية) فئة من ركائز لوحات الدوائر المطبوعة التي تستخدم مواد خزفية مثل الألومينا (Al₂O₃) أو نتريد الألومنيوم (AlN) بدلاً من الرقائق العضوية. وتتميز هذه اللوحات بموصلية حرارية عالية، وعزل كهربائي ممتاز، ومقاومة قوية لدرجات الحرارة العالية والبيئات القاسية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية الطاقة والتردد والموثوقية. ^{[ 28 ]}

مواد أقل شيوعًا:

• مادة FR-1، مثل FR-2، مصممة عادةً لتحمل درجات حرارة تصل إلى 105  درجة مئوية، وبعض أنواعها مصممة لتحمل 130  درجة مئوية. قابلة للثقب في درجة حرارة الغرفة. تشبه الورق المقوى. مقاومة ضعيفة للرطوبة. مقاومة منخفضة للشرارة الكهربائية.
• ورق قطني مشبع بالإيبوكسي من نوع FR-3. يتحمل عادةً درجات حرارة تصل إلى 105  درجة مئوية.
• FR-5، ألياف زجاجية منسوجة وإيبوكسي، قوة عالية في درجات حرارة أعلى، وعادة ما يتم تحديدها حتى 170  درجة مئوية.
• FR-6، زجاج غير لامع وبوليستر
• مادة G-10 ، وهي عبارة عن ألياف زجاجية منسوجة وإيبوكسي - تتميز بمقاومة عالية للعزل، وامتصاص منخفض للرطوبة، وقوة ربط عالية جدًا. وتتحمل درجات حرارة تصل عادةً إلى 130  درجة مئوية.
• مادة G-11، وهي عبارة عن ألياف زجاجية منسوجة وإيبوكسي - تتميز بمقاومة عالية للمذيبات، واحتفاظها بقوة الانحناء العالية عند درجات الحرارة المرتفعة. ^{[ 29 ]} وتتحمل عادةً درجات حرارة تصل إلى 170  درجة مئوية.
• CEM-1، ورق قطني وإيبوكسي
• CEM-2، ورق قطني وإيبوكسي
• CEM-3، زجاج غير منسوج وإيبوكسي
• CEM-4، والألياف الزجاجية المنسوجة، والإيبوكسي
• CEM-5، زجاج منسوج وبوليستر
• مادة PTFE (التفلون) - باهظة الثمن، ذات فقد عازل منخفض، مناسبة لتطبيقات الترددات العالية، امتصاصها للرطوبة منخفض للغاية (0.01%)، لينة ميكانيكياً. يصعب تغليفها، ونادراً ما تُستخدم في التطبيقات متعددة الطبقات.
• مادة PTFE المملوءة بالسيراميك - باهظة الثمن، ذات فقد عازل منخفض، مناسبة لتطبيقات الترددات العالية. يسمح تغيير نسبة السيراميك/PTFE بضبط ثابت العزل الكهربائي والتمدد الحراري.
• RF-35، مادة PTFE مملوءة بالسيراميك المقوى بالألياف الزجاجية. أقل تكلفة نسبياً، ذات خصائص ميكانيكية جيدة، وخصائص جيدة في الترددات العالية. ^{[ 30 ] [ 31 ]}
• الألومينا ، مادة خزفية. صلبة، هشة، باهظة الثمن، ذات أداء عالٍ جداً، وموصلية حرارية جيدة.
• البوليميد ، بوليمر يتحمل درجات الحرارة العالية. باهظ الثمن، لكنه عالي الأداء. يتميز بامتصاص عالٍ للماء (0.4%). يمكن استخدامه في درجات حرارة تتراوح من درجات حرارة منخفضة للغاية إلى أكثر من 260  درجة مئوية.

يمكن تحديد سُمك النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) مباشرةً أو كوزن النحاس لكل وحدة مساحة (بالأونصة لكل قدم مربع)، وهو ما يُعد أسهل في القياس. الأونصة الواحدة لكل قدم مربع تساوي 34 ميكرومتر (0.0013 بوصة) . أما النحاس السميك فهو طبقة يزيد وزنها عن ثلاث أونصات لكل قدم ^مربع ، أو ما يقارب 105 ميكرومتر (0.0041 بوصة) . تُستخدم طبقات النحاس السميكة لتحمل التيارات العالية أو للمساعدة في تبديد الحرارة. في ركائز FR-4 الشائعة، يُعد وزن أونصة واحدة من النحاس لكل قدم ^مربع ( 35 ميكرومتر (0.0014 بوصة) ) هو السُمك الأكثر شيوعًا؛ بينما يُعد وزن أونصتين ( 70 ميكرومتر (0.0028 بوصة) ) ووزن نصف أونصة ( 17.5 ميكرومتر (0.00069 بوصة) ) خيارًا متاحًا في كثير من الأحيان. أقل شيوعًا هي 12 ميكرومتر (0.00047 بوصة) و 105 ميكرومتر (0.0041 بوصة) ، بينما يتوفر أحيانًا 9 ميكرومتر (0.00035 بوصة) على بعض الركائز. تتميز الركائز المرنة عادةً بطبقة معدنية أرق. تستخدم لوحات الدوائر ذات النواة المعدنية للأجهزة عالية الطاقة عادةً نحاسًا أكثر سمكًا؛ 35 ميكرومتر (0.0014 بوصة) هو السمك الشائع، ولكن قد يُصادف أيضًا 140 ميكرومتر (0.0055 بوصة) و 400 ميكرومتر (0.016 بوصة) . في الولايات المتحدة، يُحدد سمك رقائق النحاس بوحدة أونصة لكل قدم مربع (أونصة/قدم مربع ⁾ ، ويُشار إليها عادةً ببساطة باسم أونصة . تتراوح السماكات الشائعة بين 150 غ / ^م² و 300 غ/م² ^{و 600} غ /م² ^{و 900} غ/م² ^. وتُعادل هذه السماكات 17.05 ميكرومتر (0.000671 بوصة ) (0.67 ألف بوصة ⁾ ، و34.1 ^{ميكرومتر} (0.00134 بوصة ) ( 1.34 ألف بوصة ) ، و 68.2 ميكرومتر (0.00269 بوصة ) (2.68 ألف بوصة ) ، و102.3 ميكرومتر (0.00403 بوصة ) ( 4.02 ألف بوصة )، على التوالي.                                      

لا يُستخدم رقائق النحاس بوزن 1/2  أونصة/قدم مربع ^على نطاق واسع كوزن نهائي للنحاس، ولكنه يُستخدم للطبقات الخارجية عندما يؤدي طلاء الثقوب النافذة إلى زيادة الوزن النهائي للنحاس. يشير بعض مصنعي لوحات الدوائر المطبوعة إلى رقائق النحاس بوزن 1  أونصة/قدم مربع ^بسماكة 35 ميكرومتر (0.0014 بوصة) (وقد يُشار إليها أيضًا بـ 35 ميكرون أو 35 ميكرون أو 35 ميك).   

• 1/0 – يشير إلى 1  أونصة/قدم ^مربع من النحاس على جانب واحد، مع عدم وجود نحاس على الجانب الآخر.
• 1/1 – يشير إلى 1  أونصة/قدم ^مربع من النحاس على كلا الجانبين.
• H/0 أو H/H – يشير إلى 0.5  أونصة/قدم ^مربع من النحاس على جانب واحد أو كلا الجانبين، على التوالي.
• 2/0 أو 2/2 - يشير إلى 2  أونصة/قدم ^مربع من النحاس على جانب واحد أو كلا الجانبين، على التوالي.

تُسمى لوحة الدوائر المطبوعة المصغرة لمكون واحد، المستخدمة في النماذج الأولية ، لوحة التوصيل . وتتمثل وظيفة لوحة التوصيل في فصل أطراف المكون على أطراف منفصلة لتسهيل التوصيل اليدوي بها. وتُستخدم لوحات التوصيل بشكل خاص مع المكونات المثبتة على السطح أو أي مكونات ذات تباعد دقيق بين الأطراف.

قد تحتوي لوحات الدوائر المطبوعة المتقدمة على مكونات مدمجة في الركيزة، مثل المكثفات والدوائر المتكاملة، لتقليل المساحة التي تشغلها المكونات على سطح لوحة الدوائر المطبوعة مع تحسين الخصائص الكهربائية. ^{[ 32 ]}

تقنية التوصيل متعدد الأسلاك هي تقنية حاصلة على براءة اختراع للتوصيل البيني، تستخدم أسلاكًا معزولة موجهة آليًا ومدمجة في مادة غير موصلة (غالبًا ما تكون راتنجًا بلاستيكيًا). ^{[ 33 ]} وقد استُخدمت خلال ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي. اعتبارًا من عام 2010،لا يزال نظام Multiwire متوفرًا من خلال شركة هيتاشي.

نظرًا لسهولة تكديس التوصيلات (الأسلاك) داخل مصفوفة التضمين، سمح هذا النهج للمصممين بتجاهل مسار الأسلاك تمامًا (وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة): ففي أي مكان يحتاج فيه المصمم إلى توصيل، يقوم الجهاز برسم سلك في خط مستقيم من موقع/طرف إلى آخر. وقد أدى ذلك إلى تقليل أوقات التصميم بشكل كبير (دون الحاجة إلى استخدام خوارزميات معقدة حتى في التصاميم عالية الكثافة)، بالإضافة إلى تقليل التشويش المتبادل (الذي يزداد سوءًا عندما تكون الأسلاك متوازية - وهو أمر نادر الحدوث في تقنية Multiwire)، على الرغم من أن التكلفة مرتفعة للغاية بحيث لا تسمح بمنافسة تقنيات لوحات الدوائر المطبوعة الأرخص سعرًا عند الحاجة إلى كميات كبيرة.

يمكن إجراء التعديلات على تصميم لوحة متعددة الأسلاك بسهولة أكبر من تصميم لوحة الدوائر المطبوعة. ^{[ 34 ]}

قبل ظهور الدوائر المتكاملة ، كان بناء الدوائر المتكاملة باستخدام طريقة "الركائز الخشبية" يسمح بأعلى كثافة ممكنة لتعبئة المكونات. استُخدمت هذه الطريقة مع المكونات ذات الأطراف السلكية في التطبيقات التي تتطلب مساحة محدودة (مثل الصمامات ، وأنظمة توجيه الصواريخ، وأنظمة القياس عن بُعد)، وفي الحواسيب فائقة السرعة آنذاك، حيث كانت المسارات القصيرة ضرورية. في هذه الطريقة، تُركّب المكونات ذات الأطراف المحورية بين مستويين متوازيين. يُستمد الاسم من طريقة تكديس هذه المكونات (المكثفات، والمقاومات، والملفات، والثنائيات) في صفوف وأعمدة متوازية، مثل كومة من الحطب. كانت المكونات تُلحم معًا باستخدام أسلاك توصيل، أو تُوصل ببعضها بواسطة شريط نيكل رفيع ملحوم بزاوية قائمة على أطرافها. ^{[ 35 ]}

استخدمت بعض إصدارات البناء الخشبي لوحات الدوائر المطبوعة أحادية الجانب الملحومة كطريقة للربط البيني (كما هو موضح في الصورة)، مما يسمح باستخدام المكونات ذات الأطراف العادية على حساب صعوبة إزالة اللوحات أو استبدال أي مكون ليس على الحافة.

تم استبدال البناء الخشبي بلوحة متعددة الطبقات، ومكونات SMD، ودوائر متكاملة.

لوحة الدوائر المطبوعة المرنة ( FPCB ) عبارة عن دائرة رقيقة وخفيفة الوزن مصنوعة من مواد مرنة مثل البوليميد. يمكن ثنيها أو طيها مع الحفاظ على توصيلات كهربائية موثوقة، وتستخدم بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء والمعدات الطبية.