피지컬 코딩 실무능력 향상 프로젝트 [5/7], Altium으로 3축 로봇 PCB 설계하기

[민한식]

민선생의 전자공방 ・ 2026. 10. 5. 9:55

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📌 예비 엔지니어를 위한 아두이노 3축 로봇 프로젝트
피지컬 코딩 실무능력 향상 프로젝트 [5/7] — 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 5번째 / 7편 입니다.

피지컬 컴퓨팅 기본기 · 민선생의 전자공방
[피지컬 코딩 실무능력 향상 프로젝트 5/7] 🎨
Altium으로 3축 로봇 PCB 설계하기
회로도 · Footprint · PCB 배선 · 3D 확인 · 거버파일 생성

📖 2일차 오전 — Altium으로 PCB 설계를 시작합니다

4편에서 PCB가 무엇인지, 전자제품 생산공정이 어떻게 이루어지는지 이해했습니다. 이제 직접 Altium Designer를 사용해 어제 만든 자작 아두이노(ATmega328P)가 들어갈 3축 로봇 제어보드 PCB를 설계합니다.

국내 산업에서 전자산업이 차지하는 비중은 국가의 경쟁력을 좌우할 만큼 큰 역할을 하고 있습니다. 전자 생산기술의 기본이 되는 PCB 설계(Artwork) 데이터는 기판에 부품을 배치하고 최적의 배선을 통해 PCB 기판을 제작하며, 여기에 SMT를 사용하여 제품을 조립 생산하는 모든 생산공정에서 활용됩니다.

IT 산업의 비약적인 발전, HW의 기본이 되는 PCB, 그 PCB를 설계하는 일은 매우 중요한 분야입니다. PCB는 전자제품의 뼈대이자 혈관이자 신경과도 같은 중요한 부품입니다. 하물며 이를 설계하는 PCB Artwork은 전자 기술자의 기본 소양인 것입니다.

다양한 PCB 설계 툴
Altium, Orcad, PADS, Mentor, P-CAD, Eagle CAD, CAD STAR, KiCAD 등
오늘 강의에서는 Altium Designer를 사용해 3축 로봇 PCB를 설계합니다!
참고 블로그: https://blog.naver.com/ansdbtls4067/221366404260

📁 PCB 거버파일 (Gerber File)이란?

PCB 거버파일은 거버 포맷(Gerber Format)이라고도 불립니다. 거버 포맷이란 인쇄회로 기판(PCB) 제작 시 사용되는 파일 포맷 형식의 하나이며, 인쇄 회로 기판의 구성요소(동박 패턴, 솔더 마스크, 심볼, 마크 등의 계층)와 드릴·라우터(milling) 등의 외형 가공용 데이터가 포함됩니다.

거버 포맷은 인쇄 회로 기판 구성 데이터 전송 방식의 업계 표준입니다. 거버는 설계된 도면과 정보를 PCB 제조 현장에 데이터화하여 전송하는 것을 목적으로 만들어졌습니다.

거버파일에 포함되는 데이터
• 동박 패턴 (Top·Bottom Layer)
• 솔더 마스크 (녹색 보호막)
• 실크스크린 (부품 표시 인쇄)
• 드릴 파일 (홀 위치·크기)
→ 이 파일을 PCB 제조업체에 보내면 기판이 만들어집니다!

📋 3축 로봇 제어보드 BOM (Bill of Materials)

BOM(Bill of Materials)은 자재명세서라고 합니다. PCB를 조립하는 데 필요한 모든 부품의 목록입니다. 설계 전에 BOM을 정리하면 빠짐없이 부품을 준비할 수 있습니다.

자작 아두이노를 활용한 3축 로봇 제어보드 BOM 목록

3축 로봇 주요 구성 부품
• ATmega328P (자작 아두이노의 두뇌)
• RC 서보모터 커넥터 × 3 (3축 제어)
• 전원 커넥터, 디커플링 콘덴서
• 레조네이터 16MHz, 리셋 스위치
• FTDI UART 커넥터 (프로그램 업로드용)
• LED (동작 표시), 저항, 콘덴서

✏️ STEP 1 — 회로도(Schematic) 그리기

✏️ STEP1 파일 입니다.

첨부파일

ArduinoProject_step1.PrjPCB

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ArduinoProject_step1.PcbDoc

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Altium Designer를 실행하고 새 프로젝트를 만들어 회로도를 그립니다. 회로도는 부품 간 전기적 연결을 정의하는 설계 도면입니다. PCB 배선의 기초가 됩니다.

Altium 부품 배치 방법

자작아두이노를 프로젝트 과제(3축 로봇) 회로도

부품 배치 단축키 및 조작법
1. 부품을 잡은 상태에서 Sheet 중앙으로 이동합니다.
2. 배치할 위치를 정하고 마우스 왼쪽 버튼을 눌러서 배치합니다.
3. 부품을 대칭으로 배치할 때: 키보드 X → X축 미러, Y → Y축 미러
4. 화면 확대: Page Up / 축소: Page Down
5. 배치 작업 종료: Esc 키 또는 마우스 오른쪽 버튼
6. 부품 회전: 스페이스바 — 한 번 누를 때마다 90° 회전

Altium 주요 명령어

알티움 명령어

자작아두이노를 프로젝트 과제(3축 로봇) 회로 부품배치

🔩 STEP 2 — Footprint 라이브러리 만들기

✏️ STEP2 파일 입니다.

첨부파일

ArduinoProject_step2.PrjPCB

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ArduinoProject_step2.PcbDoc

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ArduinoProject_step2.SchDoc

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Footprint란 PCB 위에서 부품이 차지하는 물리적인 공간(패드 위치·크기·외형)을 정의한 데이터입니다. 회로도의 심볼(Symbol)이 전기적 연결을 나타낸다면, Footprint는 실제 PCB 위의 물리적 위치를 나타냅니다.

💡 Symbol vs Footprint
Symbol(심볼): 회로도에서 부품의 전기적 연결을 표현 (전자 기호)
Footprint: PCB 위에서 부품의 물리적 크기·패드 위치 정의
두 가지를 연결해야 Altium에서 회로도 → PCB 설계로 넘어갈 수 있습니다!

6핀 FTDI 커넥터 Footprint 만들기

첨부한 프로젝트용 라이브러리 Altium_library.LibPkg에 6핀 커넥터의 Footprint를 추가하고 3D Body를 추가해 보겠습니다.

STEP 1 PCB 라이브러리 열기
Altium_library.LibPkg 파일을 엽니다.
Altium_library.PcbLib를 선택합니다.
왼쪽 탭에서 PCBLibrary를 클릭해 창을 활성화합니다.
Tools → New Blank Component 클릭 → 부품명 입력
부품명: FTDI_Connector 로 입력합니다.

STEP 2 패드(Pad) 배치하기
Place Pad 아이콘을 클릭합니다.
100mil 간격으로 6개의 패드를 배치합니다.
6개의 핀 배치 완료 후 Top Overlay를 선택하고 선그리기로 테두리를 그립니다.
F+S (File Save) 로 저장합니다.

PCB Footprint 그리기 (FTDI_Connector 6핀 패드 배치)

STEP 3 3D Body 올리기
인터넷에서 3D 모델 파일을 다운로드합니다.
3D CONTENT CENTRAL 사이트(https://www.3dcontentcentral.com) 회원 가입
부품 검색 후 파일 형식을 'STEP'으로 저장합니다.
PCB Library에서 숫자 3키 → 3D 모드 전환 (숫자 2키 → 2D 모드)
Place → 3D body → Generic STEP Model 체크 → Embed STEP Model 클릭
Header_90degree_6Pin.STEP 파일 선택 → OK
Shift + 마우스 오른쪽 버튼으로 3D 화면 회전하며 높이·위치 확인
F+S (File Save) 로 저장 → Footprint + 3D Body 완성!

PCB Footprint에 3D Body 올리기 완성 화면

🔣 STEP 3 — 회로도 심볼(Symbol) 만들기

Footprint를 만들었다면 이번에는 회로도에서 사용할 심볼(Symbol)을 만듭니다. 심볼과 Footprint를 연결해야 완전한 라이브러리 부품이 완성됩니다.

STEP 1 SchLib 열기
Altium_library.LibPkg 회로 라이브러리를 엽니다.
Altium_library.SchLib를 선택합니다.
왼쪽 탭에서 SCHLibrary를 클릭해 창을 활성화합니다.
Tools → New Component 클릭 → 부품명 입력
부품명: FTDI_Connector

STEP 2 심볼 그리기
Place → Rectangle을 클릭하여 네모 테두리를 그립니다.
Place → Pin을 선택해 6개의 핀을 배치합니다.
오른쪽 하단의 Add Footprint를 누릅니다.
Name 칸 옆의 Browser를 클릭해 조금 전에 만든 Footprint를 선택합니다.
F+S (File Save) 로 저장합니다.

STEP 3 라이브러리 컴파일
Projects에서 Altium_library.LibPkg를 클릭합니다.
오른쪽 버튼 → Compile Integrated Library Altium_library.LibPkg 선택
컴파일이 완료되면 심볼·Footprint·3D Body가 모두 연결된 완성 라이브러리 완성!

회로도 심볼 그리기 완성 화면 (FTDI_Connector 6핀 심볼)

🖥️ STEP 4 — PCB 보드 설계 (부품 배치 + 배선)

✏️ STEP4 최종 설계파일 입니다.

첨부파일

2019 DIY_Arduino_Robot.PrjPcb

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첨부파일

2019 DIY_Arduino_Robot.PcbDoc

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첨부파일

2019 DIY_Arduino_Robot.SchDoc

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회로도 설계가 완료되면 이제 실제 PCB 보드를 설계합니다. 회로도의 연결 정보가 PCB로 넘어와 부품을 배치하고 배선을 합니다.

PCB 보드 기본 설정

3축 로봇 제어보드 PCB 설정값
기판 크기: 44mm × 40mm
레이어: 양면 PCB (Top Layer + Bottom Layer)
배선 색상: 적색(빨강) = Top Layer / 파란색 = Bottom Layer
최소 선폭(Track Width): 0.3mm 이상 권장
최소 간격(Clearance): 0.2mm 이상 권장

부품 배치 (Placement)

회로도에서 Update PCB 명령으로 부품을 PCB 보드로 가져옵니다. 부품들이 보드 외곽에 쏟아져 나오면 기능별로 그룹을 지어 적절한 위치에 배치합니다.

부품 배치의 핵심 원칙
① 연결이 많은 부품끼리 가까이 배치 → 배선 길이 최소화
② ATmega328P(두뇌)를 중앙에 배치
③ 커넥터류는 보드 가장자리에 배치 → 케이블 연결 편의
④ 디커플링 콘덴서는 IC 전원 핀 바로 옆에 배치 → 노이즈 억제
⑤ 3D 보기(숫자 3키)로 실제 모습 확인하며 배치!

3축 로봇 PCB 부품 배치 완성 화면 (기판 크기 44×40mm)

PCB 배선 (Routing)

부품 배치가 끝나면 배선(Routing)을 시작합니다. 회로도에서 연결된 선(Net)이 얇은 선(Ratsnest)으로 표시되는데, 이것을 실제 동박 패턴으로 연결하는 작업입니다.

배선 단축키
P → T (Route Single Track): 단일 선 배선
U → A (Interactive Router): 자동 배선
L키: 레이어 전환 (Top ↔ Bottom)
Via 생성: 배선 중 레이어 전환 시 자동 생성 (홀을 통해 Top↔Bottom 연결)
T → D (DRC): 설계 규칙 검사 — 배선 완료 후 반드시 실행!

3축 로봇 PCB 배선 완성 화면 (빨강: Top Layer, 파랑: Bottom Layer)

🎯 STEP 5 — 3D 확인 및 거버파일 생성

3D 보기로 최종 확인

PCB 배선이 완료되면 3D 보기로 실제 완성 모습을 확인합니다. 부품 위치, 높이, 충돌 여부를 3D로 확인할 수 있습니다.

3D 보기 단축키
숫자 3키: 3D 모드 전환
숫자 2키: 2D 모드 전환
Shift + 마우스 오른쪽 버튼: 3D 화면 회전
3D 화면에서 부품 높이 충돌·커넥터 방향·전체 외형을 확인합니다!

자작 아두이노 3축 로봇 PCB 3D 보기 화면

거버파일 생성

PCB 설계가 완료되면 PCB 제조업체에 보낼 거버파일을 생성합니다. 거버파일이 있어야 PCB를 주문 제작할 수 있습니다.

STEP 1 거버파일 추출 순서
File → Fabrication Outputs → Gerber Files
Units: Millimeters / Format: 4:4 선택
Layer 탭에서 필요한 레이어 모두 체크 (Top·Bottom·Mask·Overlay 등)
Drill Files도 별도로 추출합니다.
File → Fabrication Outputs → NC Drill Files
생성된 파일들을 ZIP으로 압축 → PCB 제조업체에 전송!

💡 PCB 인터넷 주문 방법 (국내외 업체)
국내: 두오스, PCBway Korea, 기판나라 등
해외: JLCPCB (중국) — 5장 기준 $2~5, 2~5일 생산
거버파일 ZIP을 업로드하면 자동으로 견적이 나옵니다.
이번 강의에서는 직접 가공기로 샘플기판을 제작하고, 동시에 인터넷 주문도 체험합니다!

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✅ 5편 정리

오늘 배운 핵심 내용
① 거버파일 = PCB 제조업체에 보내는 표준 파일 포맷
② Footprint = PCB 위 부품의 물리적 패드 위치·크기 정의
③ Symbol = 회로도에서 부품의 전기적 연결 표현 (두 가지 연결 필수!)
④ 회로도 → Update PCB → 부품 배치 → 배선(Routing) → DRC → 3D 확인 → 거버파일
⑤ 배선 색상: 빨강(Top Layer), 파랑(Bottom Layer)
⑥ 3축 로봇 PCB 완성 (44×40mm 양면 기판)!

2일차를 마치며
회로도 → Footprint → PCB 배선 → 3D 확인 → 거버파일 생성까지!
내일은 이 거버파일로 기판을 직접 가공하고 SMD 납땜으로 완성합니다!

태그
PCB설계, Altium, 거버파일, Footprint, 회로도, SMD, 피지컬코딩완전정복, 아두이노로봇, 민선생전자공방

📌 다음 편 예고 — 6/7
내 손으로 만드는 전자회로 — 기판 가공과 SMD 납땜
▸ 기판 가공기로 샘플 PCB 직접 제작하기
▸ SMD 부품 납땜 실습 — 핀셋·인두·열풍기 활용
▸ 납땜 불량 확인 및 Rework 실습

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