IEC 62899-4012025 RLV 印刷电子 - 第401部分可打印性 - 概述标准立项发展报告

印刷电子第401部分：可打印性概述标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PrintedElectronics-Part401:Printability-Overview摘要关键词：印刷电子；可打印性；IEC62899-401；国际标准；标准化；印刷工艺；功能材料Keywords:PrintedElectronics;Printability;IEC62899-401;InternationalStandard;Standardization;PrintingProcess;FunctionalMaterials1引言印刷电子技术作为新一代电子制造领域的革命性方向，通过采用喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷等传统印刷工艺，将导电墨水、半导体墨水、介电墨水等功能性材料沉积于柔性或刚性基材之上，从而实现电子器件的规模化、低成本、大面积制造。近年来，随着物联网、可穿戴设备、柔性显示、智能包装及射频识别等应用场景的持续拓展，印刷电子技术已从实验室研究逐步走向产业化应用，其技术成熟度和市场接受度不断提升。然而，在印刷电子产业快速发展的进程中，可打印性（Printability）这一核心概念始终缺乏统一的定义和系统的评价框架。不同研究机构、生产企业和设备制造商对于可打印性的理解各有侧重，有的关注墨水的流变学特性，有的聚焦印刷图形精度，有的则着眼于最终器件的电学性能。这种认知分歧不仅导致技术交流中概念混淆，也严重制约了行业标准的制定和跨企业协作的开展。更为关键的是，由于缺乏统一的可打印性分类体系和评价方法，企业在墨水配方开发、印刷工艺优化和产品质量控制等环节缺乏明确的技术指引，导致研发周期长、试错成本高。在上述背景下，国际电工委员会（IEC）下设的IEC/TC119（印刷电子技术委员会）于2019年前后启动了IEC62899-401《印刷电子-第401部分：可打印性-概述》标准的研制工作。该标准旨在从系统层面构建可打印性的基础概念框架，明确术语定义、分类体系和评价维度，为后续针对具体材料和工艺制定的详细测试方法标准奠定概念基础。经过多轮国际研讨和草案修订，该标准最终于2025年5月5日正式发布。本报告将对该标准的立项背景、编制过程、主要内容、技术要点及应用前景进行全面系统的分析，以期为国内印刷电子领域的科研人员、工程技术人员和标准化工作者提供有价值的参考。2标准立项背景与编制历程2.1国际标准化组织架构印刷电子领域的国际标准化工作主要由国际电工委员会（IEC）下属的第119技术委员会（IEC/TC119）承担。IEC/TC119成立于2011年，其工作范围涵盖印刷电子技术的术语定义、材料性能表征、工艺过程控制、可靠性与测试方法等全链条标准化工作。该技术委员会由来自全球20余个国家的标准化机构代表和行业专家组成，秘书处设在韩国。IEC/TC119的标准化工作架构包括多个工作组（WorkingGroup），其中与可打印性直接相关的工作组主要关注印刷工艺和墨水/基材的相互适应性。IEC62899系列标准作为该技术委员会的核心标准体系，按照编号规则分为多个部分：其中，第1部分为通用术语与定义，第2部分为材料表征，第3部分为工艺相关标准，第4部分为可打印性相关标准，第5部分为可靠性和环境适应性标准。IEC62899-401是该体系中"可打印性"板块的总纲性文件，属于该板块的第一份标准。2.2标准立项动因IEC62899-401标准的立项动因主要来自以下几个方面：产业需求的迫切性。随着印刷电子技术从研发走向产业化，业界迫切需要一个统一的可打印性概念框架，以指导和规范墨水开发、印刷工艺选择、质量控制等环节。对此，国际知名企业和研究机构普遍反映，可打印性概念的模糊性已经成为制约产业效率提升的重要障碍。标准化体系的逻辑完整性。IEC/TC119在完成印刷电子术语标准（IEC62899-101）和部分材料表征标准后，认识到缺乏对可打印性这一核心概念的系统化定义，无法为后续详细测试方法标准提供统一的概念基础。因此，有必要制定一份概述性标准，明确可打印性的内涵、范畴和分类。解决概念分化问题。在标准研制初期进行的国际调研中发现，不同国家和地区、不同机构对"可打印性"的理解存在显著差异。例如，日本业界倾向于从印刷品质角度定义可打印性，韩国研究者关注墨水与基材的界面行为，欧洲企业则更多从工艺适应性和良率角度切入。因此，亟需通过国际标准统一概念认知。2.3编制历程IEC62899-401标准的编制过程经历了较为完整的标准研制周期，主要节点包括：-2019年提案阶段：IEC/TC119正式提出制定可打印性概述标准的提案，经成员国投票通过后立项，并分配标准编号IEC62899-401。-2020年工作组草案（WD）阶段：成立专项工作组，由来自韩国、日本、中国、德国、美国、英国等国家的专家组成，开始起草标准内容。工作组首先系统收集了学术界和产业界关于可打印性的定义和研究成果，形成了初步的技术框架。-2021-2022年委员会草案（CD）阶段：经多次工作组会议讨论和修改，形成委员会草案（CD），提交至IEC/TC119各成员国征求意见。工作组根据各国反馈意见对标准内容进行了多次修改完善。-2023年询问草案（DIS）阶段：标准进入询问阶段，各成员国正式投票并提出意见。在此期间，工作组重点讨论了可打印性的分类体系框架和多维度评价模型等关键问题。-2024年最终草案（FDIS）阶段：根据各成员国投票意见完成最终修改，形成最终国际标准草案（FDIS），提交IEC中央办公室进行出版前的审核。-2025年5月正式发布：IEC62899-401:2025RLV正式发布，该版本为"RedlineVersion"（红线版本），即包含正式版和标注变更的对照版本，可清晰显示与前一版本（如草案阶段内容）的差异。2.4标准编制中的关键讨论与决议在标准编制过程中，工作组围绕若干关键技术问题进行了深入讨论，并通过协商一致形成了重要决议：关于可打印性定义范畴的确定。初期讨论中，对于可打印性是否应包含最终器件的电学性能存在分歧。经过多轮协商，工作组最终决定采用综合定义，即可打印性不仅涵盖印刷图形的几何质量，还包括打印机可靠运行特性、功能材料的性能保持，以及最终器件的功能表现。关于分类维度的取舍。有专家建议将经济性因素纳入可打印性的评价框架，但经讨论认为经济性不应作为"可打印性"的技术构成维度，而应在后续的标准中作为独立的应用评估因素加以考量。关于测试方法的标准化策略。工作组明确了本次标准仅作为概念框架，不规定具体的测试方法。具体测试标准将后续制定为IEC62899-402系列。3标准主要内容分析3.1标准适用范围与定位IEC62899-401:2025RLV作为IEC62899系列中"可打印性"板块的概述性标准（即该板块的第1份标准），规定了印刷电子领域中可打印性的通用术语、定义、分类框架和评估维度。该标准的定位并非规定具体的测试方法或性能指标，而是为后续针对特定印刷工艺、特定墨水材料和特定应用场景的可打印性测试标准提供统一的概念基础和方法论指引。标准的适用范围涵盖了各类印刷电子制造工艺，包括喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、反向印刷（reverseprinting）、气溶胶喷印（aerosoljetprinting）等主流工艺类型，也考虑了新兴的混合制造工艺。适用对象涉及功能墨水制造商、印刷设备制造商、电子器件设计者、终端产品制造商以及第三方检测机构等多类利益相关方。3.2术语定义体系标准建立了一套系统的可打印性术语体系，其核心术语包括：可打印性（Printability）：标准将其定义为"功能墨水通过特定印刷工艺在基材上形成符合预定设计要求且能够实现预期功能的图案或结构的能力"。这一定义体现了三个关键维度：一是几何图案的准确性，二是与印刷工艺的兼容性，三是最终功能实现的有效性。由此，可打印性被定位为一种受墨水、基材、印刷工艺参数等多因素交互作用的综合系统属性，而非单一材料的固有特性。适印性（PrintingSuitability）：侧重于墨水与基材之间的匹配程度，反映了特定墨水-基材组合在特定印刷条件下的适配程度。印刷质量（PrintQuality）：指实际印刷图案与设计图案之间在几何尺寸、边缘清晰度、膜厚均匀性等方面的吻合程度，是评价可打印性的直接观察指标之一。墨水可印刷性（InkPrintability）：从墨水角度评估其在特定印刷工艺中的可加工性和可操作性，重点关注墨水的流变学特性和稳定性能否满足印刷工艺要求。基材可印性（SubstratePrintability）：从基材角度评估其对功能墨水的接受能力和兼容性，涉及表面能、粗糙度、吸收性等物理化学特性。3.3打印方法分类体系标准将印刷电子的制造方法分为以下主要类别：一、喷墨印刷（InkjetPrinting）：通过热致气泡或压电效应等方式，将功能性墨水以液滴形式从喷头喷射沉积到基材上的非接触式数字印刷方法。该方法具有无需制版、材料利用率高、适合数字化柔性制造等优点，适用于中低粘度的功能性墨水。二、丝网印刷（ScreenPrinting）：通过刮板将功能墨水透过网版图案区域转移到基材上的接触式印刷方法。丝网印刷适合高粘度浆料，可获得较厚的膜层，在印刷电子领域应用广泛，尤其适用于导电线路和电极的印刷。三、凹版印刷（GravurePrinting）：通过雕刻有图案的滚筒将功能墨水从凹槽转移到基材上的接触式印刷方法，具有高速、大批量生产的优势，适合大规模卷对卷（roll-to-roll）生产。四、柔版印刷（FlexographicPrinting）：使用具有弹性凸版图案的柔性版材将功能墨水转移到基材上的接触式印刷方法，兼具一定的分辨率和较高的印刷速度。五、其他新型印刷技术：包括气溶胶喷印、电流体动力学印刷、转移印刷、反向凹版印刷等新兴工艺，各有其特定的适用墨水体系和分辨率优势。3.4可打印性评估的关键维度IEC62899-401建立了可打印性评估的综合框架，确立了以下几个关键维度：一、墨水特性维度。墨水的流变学特性（涵盖粘度、表面张力、剪切变稀行为、触变性），决定了墨水滴落或转移行为；墨水的分散稳定性，涉及颗粒沉降、团聚和相分离；墨水的干燥与固化特性影响成膜质量；以及墨水在印刷过程中的长期操作性稳定性。二、基材特性维度。基材表面能及其与墨水的润湿性匹配；基材表面粗糙度和多孔性对墨水铺展和附着的影响；基材的热稳定性、化学稳定性及机械柔韧性；以及基材的尺寸稳定性，包括热收缩和湿度膨胀。三、工艺条件维度。印刷速度、印刷压力、喷头与基材的距离或间隙等印刷参数设置；环境温度和湿度对墨水行为和干燥速度的影响；以及干燥、固化工艺条件对膜层质量和最终器件性能的影响。四、印刷质量维度。涵盖线宽精度、边缘清晰度、膜厚均匀性、图案对准精度及缺陷率等评价指标。五、器件性能维度。印刷结构实现预定功能的能力，如导电线路的电阻率、晶体管的载流子迁移率、传感器的灵敏度等；以及与后续封装、集成工艺的兼容性。3.5基材-墨水相互作用标准的另一重要技术内容是基材与墨水相互作用机制的系统阐述。标准指出，印刷过程中基材与墨水的界面行为决定印刷质量和器件性能的多个关键因素：润湿与铺展。墨滴在基材表面的润湿行为受到基材表面能和墨水表面张力的共同控制。接触角较小的体系有利于墨水的铺展和附着，但过度的润湿可能导致图形扩展和分辨率下降。标准阐述了如何通过表面处理（如等离子体处理、紫外臭氧处理）和墨水配方调整（如添加表面活性剂）来优化润湿行为。附着力。印刷图案在基材上的附着强度直接影响器件的可靠性。标准讨论了影响附着力的关键因素，如基材表面化学状态、墨水树脂体系的选择、固化条件对界面结合强度的影响等。渗透与扩散。对于多孔基材（如纸张、织物）或可吸收基材，墨水的渗透深度和横向扩散行为对印刷质量有重要影响。标准对不同基材类型的渗透行为进行了分类描述。干燥与成膜。印刷后墨水的干燥过程影响最终膜层的形貌和均匀性，尤其是对于多组分墨水体系，各组分的挥发性差异可能导致成膜过程中的"咖啡环效应"或者组分分离。标准对这些问题进行了理论阐述。4标准关键意义与影响分析4.1统一了可打印性概念认知IEC62899-401最核心的贡献在于首次在国际层面建立了可打印性的标准化定义和统一的概念框架。在标准发布之前，业界对于"可打印性"的理解高度分散，甚至在同一企业内部的不同部门之间，这一概念也有不同指向。标准的发布从根本上改变了这一局面，为行业各环节的沟通与合作提供了共同的概念基础。技术交流中各方对术语含义的理解趋于一致，分歧得以有效减少，合作效率显著提升。4.2填补了印刷电子标准体系的关键空白在IEC62899系列标准体系中，第401部分的发布填补了"可打印性"板块总纲标准缺失的空白，使整个标准体系更加完整和系统。此前，该系列标准已覆盖术语定义（IEC62899-101）、材料表征方法（第2系列）和可靠性测试（第5系列）等方面，但可打印性作为连接材料与工艺、决定印刷质量的关键环节，一直缺乏系统性的标准规范。该标准的发布使IEC62899系列形成了从材料表征、工艺规范、可打印性评价到可靠性验证的完整闭环。4.3为后续详细测试标准构建了框架作为概述性标准，IEC62899-401的重要功能之一是为后续一系列详细的可打印性测试标准提供概念框架和方法论指引。基于该标准确立的分维度和分类框架，IEC/TC119可系统地制定针对不同印刷工艺（如喷墨可打印性测试标准、丝网印刷可打印性测试标准等）、不同墨水类型（如导电墨水可打印性、半导体墨水可打印性）以及不同评价维度（如附着力测试方法、墨水稳定性测试方法等）的子标准。这不仅提高了标准制定的系统性和效率，也确保了系列标准之间的内部一致性。4.4推动印刷电子产品质量控制水平提升该标准对可打印性分类体系的系统化梳理，使企业在生产实践中能够更有针对性地开展印刷电子产品的质量控制工作。企业可参照标准的框架，建立覆盖墨水来料检验、印刷过程参数监控、印刷质量检验和器件性能测试的全链条质量管控体系，有效降低质量波动和批次差异。同时，对于面临多供应商选择的制造商而言，标准的发布意味着可以用一套统一的框架评估不同供应商的墨水材料和工艺能力，从而优化供应体系。5主要参与单位介绍5.1韩国电子技术研究院（KETI）韩国电子技术研究院（KoreaElectronicsTechnologyInstitute，KET