피지컬 코딩 실무능력 향상 프로젝트 [4/7], PCB란 ? 전자제품 생산공정과 SMT 표면실장기술 총정리

[민한식]

민선생의 전자공방 ・ 2026. 10. 5. 9:38

📌 예비 엔지니어를 위한 아두이노 3축 로봇 프로젝트
피지컬 코딩 실무능력 향상 프로젝트 [4/7] — 3일 · 21시간 집중 과정 전 과정 공개
1일차 (7시간) — 아두이노 기초 + 자작 아두이노 부트로더
2일차 (7시간) — PCB 설계 (Altium Designer)
3일차 (7시간) — PCB 제작 + SMD 납땜 + 3축 로봇 완성
이 글은 그 중 4번째 / 7편 입니다.

피지컬 컴퓨팅 기본기 · 민선생의 전자공방
[피지컬 코딩 실무능력 향상 프로젝트 4/7] 🖥️
PCB란 무엇인가
전자제품의 뼈대이자 혈관 — PCB 설계와 전자제품 생산공정

📖 2일차 시작 — PCB 설계의 세계로

1일차에서 아두이노 기초와 자작 아두이노 제작까지 마쳤습니다. 이제 2일차가 시작됩니다. 오늘은 어제 만든 자작 아두이노(ATmega328P)가 실제로 들어갈 3축 로봇의 PCB를 Altium Designer로 직접 설계합니다.

PCB 설계를 배우기 전에, 먼저 PCB가 무엇인지, 전자제품이 어떻게 만들어지는지 그 전체 그림을 이해하는 것이 중요합니다. PCB를 알아야 왜 이렇게 설계해야 하는지, 왜 이 규칙을 지켜야 하는지가 자연스럽게 이해됩니다.

2일차 학습 목표
PCB란 무엇인지, 전자제품 생산공정은 어떻게 이루어지는지 이해하고
Altium Designer를 사용해 3축 로봇 제어보드 PCB를 직접 설계한다!

참고 동영상 (유튜브)
샘플 PCB 제조공정: https://www.youtube.com/watch?v=VMDy-PvftVE
PCB 제조공정 (4층 기판): https://www.youtube.com/watch?v=z4f-D1EKKD4
SMT & Wave Soldering: https://www.youtube.com/watch?v=2qk5vxWY46A

🖥️ PCB란 무엇인가?

PCB(Printed Circuit Board)는 인쇄회로 기판을 말합니다. 미국과 일본 등에서는 PCB라고 부르지만 유럽에서는 PWB(Printed Wiring Board)라고 합니다.

전자 제품을 대량생산하기 위해서 보드의 대량 제작이 필요하며, 이 때문에 현대 전자산업에서 인쇄회로기판은 전자제품 내에서 부품의 부착, 부품간 연결, 외형, 제품의 지지대 역할 등 매우 중요한 핵심 부품입니다.

PCB Artwork란 컴퓨터 프로그램(PCB Artwork Tool)을 사용하여 IC와 저항, 콘덴서, 코일 등의 다양한 부품을 회로 특성에 맞게 적절히 배치하고 이를 전기적으로 연결해주는 작업을 말합니다.

PCB Artwork을 통해 설계한 도면으로 만들어지는 PCB는 전자부품을 전기적으로 연결해주는 기능 이외에 부품을 기계적으로 고정시켜주는 역할을 합니다. PCB를 만드는 재료로는 기계적 강도를 높이기 위해 보강재로서 유리섬유(Glass Fiber)가 50% 정도 포함되어 있으며, 제조과정 중 200℃ 이상의 고온에 노출되며 이때 원자재가 휘거나 변형되지 않는 내열성이 요구됩니다.

PCB = 전자제품의 뼈대이자 혈관
뼈대: 모든 부품을 기계적으로 고정시켜줍니다
혈관: 부품과 부품을 전기적으로 연결해줍니다
PCB 없이는 어떤 전자제품도 만들 수 없습니다!

전자산업의 다양한 분야 중 기본이 되는 분야가 바로 PCB입니다. 현대 전자산업의 대량 생산시스템은 튼튼한 PCB 산업이 있기 때문입니다. PCB는 지금도 계속 얇아지고, 유연해지고, 고집적화되고 강도나 내열성이 나아지는 방향으로 꾸준히 발전하고 있습니다.

단면기판, 양면기판, 다층기판의 기술을 비롯해 로봇 기술의 발전으로 부품 실장에 있어 표면 실장형 부품이 일반화됨으로써 PCB의 중요성을 날로 더해 가고 있습니다.

📋 PCB의 종류

PCB는 사용되는 층(Layer)에 따라 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

PCB 구분 : 양면PCB, MLB, RF-PCB, Build-Up PCB 구조

종류	특징 및 설명
단면 PCB	한쪽 면에만 회로가 있는 가장 기본적인 PCB. 간단한 제품에 사용 (1960년대 등장)
양면 PCB	양쪽 면 모두 회로 배선 가능. 현대 PCB 기술의 확립 시기, 다층 에칭·전기 동도금 기술 보급 (1970년대)
MLB (다층 PCB)	4층 이상의 PCB. 양면보다 고밀도 회로 설계 가능, PCB 크기를 획기적으로 줄일 수 있음. 제작비 비싸고 변경 곤란 (1980년대 등장)
RF-PCB	Rigid-Flexible PCB. 딱딱한 부분(부품 실장)과 유연한 부분(연결)을 혼합해 디자인 자유도를 극대화. 폴더블 스마트폰 등에 사용
MCM PCB	Multi Chip Module PCB. 여러 개의 IC 칩을 하나의 기판 위에 탑재해 모듈화. CPU·고성능 워크스테이션·노트북·군사용 레이더 등에 사용
Build-Up PCB	도체층·절연층을 한 층씩 쌓아가는 방식. 층간마다 필요한 VIA층 구성 가능. 고속 신호 대응에 유리하여 현대 고밀도·고집적 기기에 적용

💡 우리가 설계할 3축 로봇 PCB는?
양면 PCB (Double-sided PCB) 를 사용합니다.
앞면에 부품 배치·SMD 납땜, 뒷면에 배선 패턴을 배치해 효율적으로 설계합니다.

🔩 전자부품 패키지(Package) — SMD와 DIP

전자부품은 크게 두 가지 방식으로 PCB에 실장됩니다. 기판에 구멍을 뚫어 부품 다리를 삽입하는 삽입형(THD)과 기판 표면에 직접 붙이는 표면실장형(SMD)입니다.

구분	삽입형 (THD·DIP)	표면실장형 (SMD)
실장 방식	기판에 구멍을 뚫고 부품 다리 삽입	기판 표면에 납으로 직접 부착
크기	크고 다루기 쉬움	매우 소형 (1mm 이하도 있음)
납땜	수작업·파형납땜	자동화(SMT 장비) 가능
실습 난이도	쉬움 — 맨손으로 가능	어려움 — 현미경·납땜 기술 필요
적용	교육·시제품·수리용	대량 생산 전자제품

저항·콘덴서의 SMD 부품 크기 규격

​SMD 부품은 크기에 따라 규격이 정해져 있습니다. 숫자는 인치 단위 크기를 나타냅니다.

규격명	크기 (mm)	두께 (mm)	주요 용도
2012 (0805)	2.0 × 1.2	0.5	일반 회로 — 손납땜 가능, 실습에 권장!
1608 (0603)	1.6 × 0.8	0.45	소형 제품·모바일 기기
1005 (0402)	1.0 × 0.5	0.35	초소형 — 맨손 납땜 거의 불가
0603 (0201)	0.6 × 0.3	0.23	최소형 — 현미경 필수

IC 패키지 종류

IC(집적회로)도 다양한 패키지로 만들어집니다. ATmega328P처럼 실습에서는 DIP 패키지를 사용했지만, 실제 제품에서는 더 소형의 SMD 패키지가 사용됩니다.

IC 패키지 종류 비교 (DIP·SOP·QFP·BGA·QFN)

패키지	핀 배열	특징
DIP	양쪽 직선	브레드보드 삽입 가능 — 실습·시제품용. ATmega328P DIP-28
SOP/SOIC	양쪽 직선(SMD)	DIP보다 소형. 손납땜 가능한 SMD
QFP	4면 전체	핀 수 많음. ATmega128 등 중·고밀도 IC
BGA	바닥면 볼	최고밀도. CPU·AP 등에 사용 — 리플로우 장비 필수
QFN	바닥 패드	BGA보다 저비용. 무선통신 모듈 등

🏭 전자제품 생산기술 SMT (Surface Mount Technology)

SMT란 Surface Mount Technology의 약어로서 PCB라는 기판에 납을 도포하는 과정과 표면 실장 부품을 도포된 PCB 기판 위에 올려 놓는 공정, 그리고 기판 위에 올려 놓아진 부품을 경화하여 기판으로서 사용할 수 있게 하여 주는 일련의 공정이나 시스템을 말하는 표면 실장 기술입니다.

80년대 중반까지는 주로 작업자 손으로 부품을 기판 위에 올려 놓고 납땜을 하여 기판을 만들었는데, 그 이후 점차적으로 부품을 올려 놓을 수 있는 새로운 자동화 장비가 개발됨에 따라 능률적으로 기판을 생산할 수 있게 되었습니다.

삽입형부품(THD; Through Hole Device) 대신 표면장착형부품(SMD; Surface Mount Device)의 사용이 증가되면서 PCB의 면적을 혁신적으로 줄이게 되었습니다. 80년대 이후 집적회로의 개발과 부품의 경박단소(輕薄短小)의 영향, SMT의 발전으로 전자제품은 소형화와 고기능화를 이룰 수 있게 된 것입니다.

SMT 도입의 장점

① 제품 크기와 무게 감소 → 제품 가격과 기능 향상
② 다양한 패키지 IC 개발 → 부품 비용·무게·크기 감소 → 생산 비용 절약
③ SMD 부품 장착 자동화 → 높은 생산성과 품질 향상, 제품 생산 시간 단축
④ 공정관리 단순화 → 전자제품의 품질과 생산성 향상
⑤ SMD 부품이 Reel·Tape 형태로 공급 → 관리 매우 용이

SMT 생산 라인 — 전체 공정

현대 전자제품 생산 라인은 다음과 같은 순서로 이루어집니다.

순서	공정	내용
①	크림 솔더 인쇄 (Solder Paste Printing)	스텐실(마스크)을 이용해 PCB 패드 위에 납 크림(Solder Paste)을 도포
②	부품 실장 (Pick & Place)	자동화 장비(마운터)가 SMD 부품을 정확한 위치에 배치
③	리플로우 납땜 (Reflow Soldering)	오븐에서 200~260°C로 가열 → 납 크림이 녹았다 굳으면서 접합
④	검사 (AOI/ICT)	자동광학검사(AOI)로 부품 위치·납땜 상태 검사
⑤	수삽 부품 납땜 (Wave Soldering)	THD(삽입형) 부품을 손으로 꽂은 뒤 파형납땜기로 한 번에 납땜
⑥	검사 및 Rework	불량 발견 시 수작업으로 재납땜(Rework) 또는 부품 교체

SMT 생산 라인 전체 공정 흐름도( 사진 출처, SMT 교과서)

부품 실장 형태 — Type에 따른 구분

PCB에 부품을 실장하는 방식은 THD와 SMD의 조합에 따라 여러 Type으로 구분됩니다.

부품 실장의 형태 (Type I-A, I-C, I-B, II-B, II-C 각각의 단면도)

Type	형태	설명
Type I-A	SMD만 (앞면)	기판 앞면에만 SMD 부품 실장
Type I-B	SMD (앞면+뒷면)	앞면과 뒷면 모두 SMD 부품 실장
Type I-C	SMD+THD (앞면)	앞면에 SMD와 THD 부품 혼합
Type II-B	THD(앞)+SMD(뒤)	앞면 THD, 뒷면 SMD — 가장 일반적인 형태!
Type II-C	혼합 (앞+뒤)	앞면 THD+SMD, 뒷면 SMD — 복잡한 제품

⚠️ SMT 주요 불량 유형 — 알아야 Rework 할 수 있다

납땜 불량은 현장에서 반드시 만나게 됩니다. 불량 유형을 알아야 원인을 찾고 수정(Rework)할 수 있습니다.

불량명	원인	증상 및 대책
맨하탄 (Tombstone)	양쪽 납 녹는 시간 차이	부품이 한쪽으로 일어서는 불량. 솔더 페이스트 양 조정 필요
냉납 (Cold Solder)	온도 부족·급냉	납이 부분적으로 녹지 않아 전기 저항 증가. 리플로우 온도 프로파일 조정
브리지 (Bridge)	솔더 페이스트 과다	인접 패드 간 납이 연결되어 단락(Short) 발생
미납 (Insufficient)	솔더 페이스트 부족	납이 부족해 전기적 접합 불량
부품 이탈 (Missing)	픽앤플레이스 오류	부품이 없는 상태. 육안 검사로 확인

SMT 불량 유형 : (a) 맨하탄(부품 일어섬) 불량 (b) 냉납 불량 사진

💡 Rework(리워크)란?
납땜 불량이 발생한 부분을 수작업으로 다시 납땜하거나 부품을 교체하는 작업입니다.
열풍기(히트건)·납땜인두·흡입기(솔더 석션) 등을 사용합니다.
5·6편에서 직접 SMD 납땜과 Rework를 실습합니다!

🔄 PCB 설계에서 완성까지 — 전체 흐름

PCB 설계부터 완성된 전자제품까지의 전체 과정을 이해하면, 각 단계에서 무엇을 해야 하는지 명확해집니다.

① 회로도(Schematic) 설계 → 부품 간 전기적 연결 정의
② Footprint 라이브러리 제작 → 부품의 PCB 물리적 크기·패드 정의
③ PCB Board 설계 → 부품 배치·배선(Routing)·DRC(설계 규칙 검사)
④ 거버파일(Gerber) 생성 → PCB 제조업체에 보내는 제조 파일
⑤ PCB 제작 → 제조업체에서 기판 생산 (2~5일 소요)
⑥ SMD 납땜 (SMT) → 부품 실장·납땜
⑦ 검사 및 Rework → 불량 수정
⑧ 프로그램 업로드 → 완성!

우리 강의에서 직접 경험하는 과정
4편(오늘): 회로도 설계 → Footprint 제작 개념 이해
5편: Altium으로 PCB Board 설계 → 거버파일 생성
6편: 샘플기판 가공 + SMD 납땜 + Rework 실습
7편: 프로그램 업로드 → 3축 로봇 완성!

✅ 4편 정리

오늘 배운 핵심 내용
① PCB = 전자제품의 뼈대(기계적 고정) + 혈관(전기적 연결)
② PCB 종류: 단면→양면→MLB(다층)→RF-PCB→Build-Up 순으로 발전
③ SMD 부품: 크기 규격(2012·1608·1005·0603), 작을수록 납땜 어려움
④ SMT 공정: 솔더 인쇄→부품 실장→리플로우→검사→수삽→Rework
⑤ 주요 불량: 맨하탄(일어섬)·냉납·브리지 — Rework로 수정
⑥ 설계→거버파일→PCB 제작→SMT→Rework→완성의 전체 흐름 이해!

2일차를 시작하며
PCB가 무엇인지, 어떻게 만들어지는지 이해했습니다.
이제 직접 Altium Designer로 3축 로봇의 PCB를 설계해 봅시다!

📌 다음 편 예고 — 5/7
Altium으로 3축 로봇 PCB 설계하기
▸ Footprint·3D 라이브러리 만들기
▸ 회로도(Schematic) 그리기
▸ PCB 보드 배선 및 3D 확인 → 거버파일 생성까지!

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