การควบคุมอิมพีแดนซ์ PCB: คู่มือออกแบบและผลิตฉบับสมบูรณ์ 2026

Controlled Impedance คืออะไร และทำไมจึงสำคัญ?

Controlled Impedance (การควบคุมอิมพีแดนซ์) คือการออกแบบและผลิต PCB ให้เส้นลายทองแดง (trace) มีค่าอิมพีแดนซ์จำเพาะตามที่กำหนด เพื่อให้สัญญาณไฟฟ้าความเร็วสูงเดินทางผ่านแผงวงจรโดยไม่เกิดการสะท้อน (reflection) หรือสูญเสียสัญญาณ (signal loss)

เมื่อใดที่ต้องควบคุมอิมพีแดนซ์? กฎทั่วไปคือ เมื่อสัญญาณมีความถี่เกิน 100 MHz หรือ rise time เร็วกว่า 1 นาโนวินาที หากอิมพีแดนซ์ไม่ตรงกัน สัญญาณอาจสะท้อนกลับได้ถึง 50% ของพลังงานทั้งหมด ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการสื่อสารข้อมูล

ลองนึกภาพท่อน้ำ: หากเส้นผ่านศูนย์กลางเปลี่ยนกะทันหัน น้ำจะกระเด็นกลับ เช่นเดียวกับสัญญาณไฟฟ้าที่เดินทางผ่านเส้นลายที่มีอิมพีแดนซ์ไม่สม่ำเสมอ

> "ผมเห็นลูกค้าหลายรายที่ออกแบบ PCB สำหรับ USB 3.0 หรือ PCIe โดยไม่ได้ควบคุมอิมพีแดนซ์ ผลคือบอร์ดทำงานได้ในห้องแล็บแต่ล้มเหลวในการผลิตจำนวนมาก การควบคุมอิมพีแดนซ์ตั้งแต่เริ่มออกแบบจะช่วยประหยัดเวลาและต้นทุนหลายเท่าในภายหลัง"

>

> — Hommer Zhao, Engineering Director, WellPCB

---

ประเภท Transmission Line บน PCB

---

ตารางอ้างอิงอิมพีแดนซ์ตามโปรโตคอล

ตารางนี้รวบรวมค่าอิมพีแดนซ์เป้าหมายของโปรโตคอลสำคัญไว้ในที่เดียว ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงที่วิศวกรต้องใช้บ่อย:

---

พารามิเตอร์หลักที่ควบคุมอิมพีแดนซ์

ค่าอิมพีแดนซ์ของ trace ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์เหล่านี้:

จุดสำคัญ: การเปลี่ยนความหนาไดอิเล็กทริกเพียง 0.025 มม. อาจทำให้อิมพีแดนซ์เปลี่ยนไป 5-8 โอห์ม และการเปลี่ยนความกว้าง trace เพียง 5 ไมครอน (0.2 mil) ก็ส่งผลต่ออิมพีแดนซ์อย่างวัดได้

---

คู่มือเลือกวัสดุสำหรับ PCB ควบคุมอิมพีแดนซ์

คำเตือนสำคัญ: ค่า Dk ของ FR-4 ทั่วไปสามารถแตกต่างได้ตั้งแต่ 3.8 ถึง 4.8 ขึ้นอยู่กับสัดส่วนเรซิน ชนิดใยแก้ว (1080, 2116, 7628) และแม้แต่อายุของ prepreg อย่าใช้ค่า Dk = 4.2 แบบ default เสมอ ควรขอข้อมูลจากผู้ผลิตโดยตรง

> "ที่ WellPCB เรามีวัสดุ Rogers, Isola และ Megtron พร้อมสต็อก และให้บริการจำลองอิมพีแดนซ์ด้วย 2D field solver โดยใช้ข้อมูล Dk จริงของวัสดุแต่ละล็อต ไม่ใช่ค่า default จาก datasheet ทั่วไป นี่คือสิ่งที่ทำให้เราแตกต่างจากผู้ผลิตที่ให้เพียงการรับประกัน stackup"

>

> — Hommer Zhao, Engineering Director, WellPCB

---

การออกแบบ Stackup สำหรับการควบคุมอิมพีแดนซ์

ตัวอย่าง Stackup 4 ชั้นมาตรฐาน

หลักการสำคัญ:

• ออกแบบ stackup แบบสมมาตร เพื่อป้องกันการบิดงอและให้อิมพีแดนซ์สม่ำเสมอ
• วาง impedance-critical signals ติดกับ ground plane ที่ไม่ถูกแบ่ง
• อย่าเดินสายสัญญาณความเร็วสูงข้าม plane split

---

10 กฎออกแบบสำหรับการเดินลาย Impedance-Controlled

กฎที่ 1: กำหนด net class เฉพาะสำหรับทุก trace ที่ต้องควบคุมอิมพีแดนซ์ และแยกสีให้เห็นชัดเจนในเครื่องมือออกแบบ

กฎที่ 2: รักษาความสมมาตรของ differential pair — เดินทั้งสองเส้นด้วยรูปทรง ความยาว และระยะห่างที่เท่ากันตลอดเส้นทาง

กฎที่ 3: เว้นระยะห่างอย่างน้อย 3W (edge-to-edge) ระหว่าง differential pairs และ 5W ถึงสัญญาณข้างเคียง เพื่อป้องกัน crosstalk

กฎที่ 4: อย่าวางชิ้นส่วน วีอา หรือ copper pour ระหว่างเส้นลายของ differential pair

กฎที่ 5: จับคู่ความยาว differential pair ให้อยู่ภายใน 5 mils (0.127 มม.) สำหรับสัญญาณเกิน 1 Gbps

กฎที่ 6: ให้มี reference plane ต่อเนื่องไม่ขาดตอนใต้ทุก trace ที่ควบคุมอิมพีแดนซ์

กฎที่ 7: วาง ground stitching via ภายในระยะ 2x ความหนาไดอิเล็กทริกจากทุก signal via ที่เปลี่ยนชั้น

กฎที่ 8: ใช้มุมเลี้ยว 45 องศาหรือโค้ง หลีกเลี่ยงมุม 90 องศาซึ่งสร้าง capacitance เฉพาะจุด

กฎที่ 9: กำจัด via stub สำหรับสัญญาณเกิน 5 GHz ด้วย back-drilling หรือ blind/buried via

กฎที่ 10: คำนึงถึงผลกระทบของ solder mask ต่ออิมพีแดนซ์ชั้นนอก ขอข้อมูล Dk และความหนาของ solder mask จากผู้ผลิต

---

วิธีระบุข้อกำหนดอิมพีแดนซ์ให้ผู้ผลิต

การสื่อสารที่ชัดเจนกับผู้ผลิตเป็นสิ่งสำคัญมาก ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดคือเอกสารที่ขัดแย้งกัน:

ขั้นตอนที่ 1: ติดต่อผู้ผลิตก่อนออกแบบ stackup

ขอตัวเลือก stackup มาตรฐานพร้อมข้อมูลวัสดุ เช่น WellPCB ที่ให้บริการ DFM feedback ก่อนการผลิต

ขั้นตอนที่ 2: สร้างตารางข้อกำหนดอิมพีแดนซ์

ขั้นตอนที่ 3: ระบุใน Fabrication Notes

• ระบุ "Impedance Control Required" อย่างชัดเจน
• อ้างอิงตารางอิมพีแดนซ์ตามหมายเลขเอกสาร
• ระบุว่าผู้ผลิตสามารถปรับความกว้าง trace ได้เพื่อให้ได้อิมพีแดนซ์ตามเป้าหมาย
• กำหนดข้อกำหนด test coupon และขอ TDR report

---

กระบวนการผลิต: ผู้ผลิตควบคุมอิมพีแดนซ์อย่างไร?

Pre-Production

• วิศวกรโรงงานรัน field solver simulation ด้วยข้อมูลวัสดุจริง
• ปรับความกว้าง trace จากค่าเล็งของนักออกแบบ เพื่อให้ได้อิมพีแดนซ์ตามเป้าหมาย
• ส่ง DFM feedback กลับให้นักออกแบบอนุมัติ

การควบคุมกระบวนการ

• วัสดุ: ตรวจสอบ Dk ของวัสดุทุกล็อตก่อนใช้งาน
• Etching: ชดเชย etch factor วัดความกว้าง trace ที่หลายจุดบนแผง
• Lamination: ควบคุม profile แรงดันและอุณหภูมิเพื่อให้ได้ความหนาไดอิเล็กทริกที่สม่ำเสมอ
• Plating: รักษาความสม่ำเสมอของความหนาทองแดงทั่วทั้งแผง

การทดสอบด้วย TDR

• วัดอิมพีแดนซ์ของ test coupon ด้วย Time Domain Reflectometry (TDR)
• ใช้ Statistical Process Control (SPC) ติดตามผลข้ามล็อตการผลิต
• ส่ง TDR report พร้อมสินค้าทุกออเดอร์

---

ความล้มเหลวที่พบบ่อยและบทเรียนจริง

กรณีที่ 1: Simulation ผ่าน แต่ผลิตไม่ผ่าน

• สาเหตุ: ใช้ Dk = 4.2 ในการจำลอง แต่วัสดุจริงมี Dk = 4.6
• ผล: อิมพีแดนซ์ต่ำกว่าเป้าหมาย 8%
• บทเรียน: ใช้ข้อมูล Dk จากผู้ผลิตเสมอ ไม่ใช่ค่า default

กรณีที่ 2: ผู้ผลิตราคาถูกไม่ได้ทำ impedance control จริง

• สาเหตุ: ผู้ผลิตรับประกันเฉพาะ stackup ไม่ได้วัดอิมพีแดนซ์จริง
• ผล: วัดได้ 42.7 โอห์ม แทนที่จะเป็น 50 โอห์ม (ผิดพลาด 14.6%)
• บทเรียน: ตรวจสอบว่าผู้ผลิตทำ TDR testing จริง ขอดูตัวอย่าง report ก่อนสั่งซื้อ

กรณีที่ 3: Test Coupon ผ่าน แต่บอร์ดจริงไม่ผ่าน

• สาเหตุ: test coupon อยู่ที่ขอบแผง ซึ่งมีสภาวะ etching ต่างจากตรงกลาง
• ผล: coupon วัดได้ 50.2 โอห์ม แต่ trace ตรงกลางวัดได้ 46.8 โอห์ม
• บทเรียน: ขอให้วาง test coupon ตรงกลางแผงสำหรับงานที่สำคัญ

---

กลยุทธ์ลดต้นทุน PCB ควบคุมอิมพีแดนซ์

PCB ที่ต้องควบคุมอิมพีแดนซ์มีต้นทุนสูงกว่า PCB ทั่วไป 20-50% และทุก impedance class เพิ่มเติมจะเพิ่มต้นทุนอีก 8-10% ต่อจุดควบคุม ต่อไปนี้คือกลยุทธ์ลดต้นทุน:

กลยุทธ์ที่ 1: รวม Impedance Class

ลดจำนวน impedance class จาก 5 เหลือ 2-3 โดยเลือกโปรโตคอลที่มีค่าเป้าหมายใกล้เคียงกัน

กลยุทธ์ที่ 2: ใช้ Stackup มาตรฐานของผู้ผลิต

Stackup แบบกำหนดเองต้องเสีย NRE charge สำหรับการจัดหาวัสดุและ process qualification ขอแค็ตตาล็อก stackup มาตรฐานจากผู้ผลิตแล้วออกแบบภายในข้อจำกัดนั้น

กลยุทธ์ที่ 3: เลือก Tolerance ที่เหมาะสม

• +/-10% เป็นมาตรฐาน รวมในราคาฐาน
• +/-5% ต้องควบคุมกระบวนการเข้มงวด ต้นทุนสูงขึ้น 2-3 เท่า
• โปรโตคอลดิจิทัลส่วนใหญ่ (USB, PCIe, DDR) ทำงานได้ดีภายใน +/-10%
• สงวน +/-5% สำหรับ RF/microwave และเรดาร์ยานยนต์เท่านั้น

กลยุทธ์ที่ 4: เลือกวัสดุอย่างมีกลยุทธ์

• ใช้ FR-4 สำหรับสัญญาณต่ำกว่า 3 GHz (ต้นทุน 1x)
• ใช้ Megtron 4/6 สำหรับ 3-12 GHz (ต้นทุน 2-3x)
• ใช้ Rogers เฉพาะ 12 GHz ขึ้นไป (ต้นทุน 6x+)
• Hybrid stackup (Rogers ชั้นนอก + FR-4 ชั้นใน) ลดต้นทุนได้ 40% เทียบกับ all-Rogers

> "ลูกค้าหลายรายคิดว่าการควบคุมอิมพีแดนซ์ต้องแพงเสมอ แต่จริงๆ แล้วด้วยกลยุทธ์ที่ถูกต้อง เช่น การใช้ stackup มาตรฐานของ WellPCB และ hybrid stackup เราสามารถลดต้นทุนได้ 30-40% โดยยังคงคุณภาพอิมพีแดนซ์ตามเป้าหมาย"

>

> — Hommer Zhao, Engineering Director, WellPCB

---

10 คำถามที่ต้องถามผู้ผลิตก่อนสั่งซื้อ

1. ใช้ 2D field solver หรือสูตรคำนวณอย่างเดียว?
2. ใช้ TDR equipment รุ่นอะไร ความแม่นยำเท่าไร?
3. ให้ TDR report ทุกออเดอร์หรือไม่?
4. วาง test coupon ที่ขอบหรือตรงกลางแผง?
5. รับประกัน tolerance ได้เท่าไร: +/-10%, +/-7%, +/-5%?
6. มีวัสดุ Rogers, Isola, Megtron ในสต็อกหรือไม่?
7. รองรับ hybrid stackup (วัสดุผสม) หรือไม่?
8. ระยะเวลา DFM feedback เท่าไร?
9. ให้ผล impedance simulation ก่อนผลิตหรือไม่?
10. อัตรา first-pass yield สำหรับบอร์ดควบคุมอิมพีแดนซ์เท่าไร?

---

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ต้นทุนเพิ่มจากการควบคุมอิมพีแดนซ์เท่าไร?

โดยเฉลี่ย 20-50% ของราคา PCB ปกติ ขึ้นอยู่กับจำนวน impedance class, tolerance ที่ต้องการ และวัสดุที่ใช้

FR-4 ทั่วไปใช้สำหรับ controlled impedance ได้ไหม?

ได้ สำหรับสัญญาณต่ำกว่า 3 GHz แต่ต้องขอข้อมูล Dk เฉพาะจากผู้ผลิต ไม่ควรใช้ค่า Dk = 4.2 แบบ default เนื่องจากค่าจริงอาจแตกต่างตั้งแต่ 3.8-4.8

Solder mask มีผลต่ออิมพีแดนซ์ไหม?

มี solder mask บนชั้นนอกจะเพิ่มอิมพีแดนซ์ประมาณ 2-5 โอห์ม เนื่องจากเพิ่ม dielectric loading ผู้ผลิตที่ดีจะคำนึงถึงสิ่งนี้ในการจำลอง

ต่าง tolerance +/-10% กับ +/-5% อย่างไร?

+/-10% เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เพียงพอสำหรับโปรโตคอลดิจิทัลส่วนใหญ่ +/-5% มีต้นทุนสูงกว่า 2-3 เท่าและจำเป็นเฉพาะ RF/microwave หรือเรดาร์ยานยนต์ 77 GHz

ออกแบบ PCB เสร็จแล้ว แต่เปลี่ยนผู้ผลิตได้ไหม?

ได้ แต่ต้องคำนวณ trace width ใหม่ เพราะแต่ละโรงงานใช้วัสดุ etch tolerance และ lamination press ที่ต่างกัน แนะนำให้บันทึกข้อกำหนดอิมพีแดนซ์ (ไม่ใช่แค่ trace width) เพื่อลดการ re-engineering

เครื่องคิดเลขอิมพีแดนซ์ออนไลน์น่าเชื่อถือแค่ไหน?

เป็นจุดเริ่มต้นที่ดี แต่สูตร IPC-2141 มีข้อผิดพลาดได้ถึง 7% ในบางรูปทรง และไม่ได้คำนึงถึง etch factor ที่ทำให้ trace เป็นสี่เหลี่ยมคางหมู ควรใช้ 2D field solver ของผู้ผลิตเป็นข้อมูลสุดท้าย

---

บทสรุปและขั้นตอนถัดไป

การควบคุมอิมพีแดนซ์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ PCB ที่รองรับสัญญาณความเร็วสูง ตั้งแต่ USB 3.0 ไปจนถึงเรดาร์ยานยนต์ 77 GHz ความสำเร็จขึ้นอยู่กับ 3 ปัจจัย: การออกแบบที่ถูกต้อง การสื่อสารที่ชัดเจนกับผู้ผลิต และการเลือกผู้ผลิตที่มีความสามารถจริง

หากคุณกำลังออกแบบ PCB ความเร็วสูง หรือ PCB สำหรับ RF/5G ติดต่อทีมวิศวกรของเรา วันนี้ หรือเยี่ยมชม WellPCB เพื่อขอ DFM review ฟรีและใบเสนอราคา ทีมงานที่มีประสบการณ์ด้านการควบคุมอิมพีแดนซ์พร้อมให้คำปรึกษาสำหรับโปรเจกต์ของคุณ

---

อ้างอิง

1. IPC-2141A: Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards
2. Polar Instruments: Controlled Impedance Test System
3. Rogers Corporation: RO4000 Series Laminates
4. Saturn PCB Design Toolkit (Free Impedance Calculator)

---

บทความที่เกี่ยวข้อง

• เทคโนโลยี HDI PCB: คู่มือฉบับสมบูรณ์
• คู่มือเลือกวัสดุ PCB: FR4 Rogers Ceramic Polyimide
• Rigid-Flex PCB Design Guide