IEC 62899-302-62025 印刷电子产品 第302-6部分设备 喷墨 第一滴测量标准立项发展报告

印刷电子产品第302-6部分：设备喷墨第一滴测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PrintedElectronics-Part302-6:Equipment-Inkjet-FirstDropMeasurement摘要随着印刷电子技术在柔性显示、智能标签、可穿戴设备及生物传感器等领域的快速产业化应用，喷墨打印作为其核心制造工艺，对液滴喷射行为的精准表征与控制提出了日益严苛的要求。液滴的"第一滴"行为直接决定了打印起始阶段的沉积精度与图案质量，是影响印刷电子产品良率与一致性的关键工艺参数。然而，在国际标准化层面，针对喷墨第一滴测量的专用测试方法与设备规范长期处于空白状态，导致不同制造商设备之间缺乏可比性，制约了产业链上下游的技术协同与质量控制。为填补这一标准缺口，国际电工委员会（IEC）于2025年5月正式发布IEC62899-302-6:2025标准，系统规定了喷墨打印设备第一滴测量的术语定义、测试原理、设备要求、测量流程与数据处理方法。本报告围绕该标准的立项背景、技术内容体系、主要参与单位及预期产业影响展开系统论述，旨在为标准使用者提供全面的技术指引与实施参考，为推动印刷电子装备测试技术的规范化发展提供决策支持。关键词：印刷电子；喷墨打印；第一滴测量；IEC62899；标准化；液滴喷射；检测设备Keywords:PrintedElectronics;InkjetPrinting;FirstDropMeasurement;IEC62899;Standardization;DropletEjection;TestingEquipment一、引言1.1印刷电子产业发展背景印刷电子技术是指采用印刷工艺（如喷墨打印、丝网印刷、凹版印刷等）在柔性或刚性基板上制造电子器件和电路的新型制造技术。凭借其低成本、大面积、柔性化和绿色制造等显著优势，印刷电子已在有机发光二极管（OLED）显示、薄膜太阳能电池、射频识别（RFID）标签、柔性传感器、电子皮肤和生物医学检测器件等领域展现出广阔的应用前景。据行业研究机构预测，全球印刷电子市场规模有望在2030年前突破千亿美元量级，年复合增长率保持在15%以上。在众多印刷电子制造工艺中，喷墨打印以其数字化、非接触、材料利用率高和图案灵活可变的独特优势，已成为当前印刷电子研发与生产的主力工艺路线。从实验室的材料筛选到量产线的功能层沉积，喷墨打印头的喷射行为直接影响着功能材料在基板上的定位精度、膜厚均匀性和微观形貌。1.2第一滴测量的技术意义喷墨打印头的喷射过程具有极高的动态特性：压电式打印头喷嘴内的墨水在微秒级时间尺度内经历压力波传播、弯月面振荡和液滴断裂等复杂物理过程。在打印头工作时，各喷嘴在电信号触发后需经过若干个喷射周期才能达到稳定的液滴速度、体积和飞行方向。所谓"第一滴"（FirstDrop），即指打印头从静止状态或闲置状态切换至工作状态后，最早喷出的若干个液滴。这些初始液滴往往与稳态液滴在体积、速度和飞行轨迹上存在显著差异。第一滴行为的不稳定性可引发多种打印缺陷：起始位置的液滴偏移导致图案边缘模糊；第一滴体积偏大或偏小引起局部膜厚不均；液滴在飞行过程中的卫星点飞溅造成基板污染。在印刷电子量产场景中，打印头频繁启停是常态操作，若每次启停后的第一滴行为不可预测，将严重影响产品的批次一致性和工艺可靠性。因此，对第一滴喷射行为进行准确、可重复的量化测量，已成为喷墨打印设备制造商、印刷电子生产企业和材料供应商共同关注的核心技术问题。1.3国际标准缺口的凸显在IEC62899-302-6:2025发布之前，喷墨打印的液滴测量虽然已有若干通用性的观测方法（如高速摄像法、称重法等），但针对"第一滴"这一特定瞬态过程，尚无统一的测试条件、测量指标和数据处理标准。不同设备厂商采用各自内部定义的测试协议，导致同一墨水在不同设备上的第一滴表现无从比较；下游用户在选择设备和优化工艺时缺乏可靠的技术依据。这一标准缺口的日益凸显，催生了制定一项专门针对第一滴测量的国际标准的内在需求，为IEC62899-302-6:2025的立项与发布奠定了产业基础。二、标准立项背景与制定过程2.1标准制定机构与技术归口IEC62899-302-6:2025由国际电工委员会印刷电子技术委员会（IEC/TC119）归口管理。IEC/TC119成立于2010年，专门负责印刷电子领域的标准化工作，涵盖术语、材料、设备、制程、测试方法和可靠性等各个方面。截至目前，TC119已发布和正在制定的标准超过40项，构建了较为完整的印刷电子标准体系。在IEC/TC119的组织框架下，标准的具体制定工作由第3工作组（WG3，设备工作组）和第5工作组（WG5，质量评估工作组）的专家联合承担。WG3专注于印刷电子设备的技术要求和测试方法，WG5则负责印刷电子产品质量评估相关的标准制定。两个工作组的通力合作，有效确保了该标准在设备规范和质量评估两个维度上的技术覆盖面。2.2标准制定历程该标准从立项到发布经历了系统而严谨的工作流程：-新工作项目提案（NWIP）阶段：由WG3的成员国专家联合提出，经TC119全体成员国投票通过后正式立项。-工作草案（WD）阶段：项目组汇集各国在该领域的测试经验和研究成果，形成首个工作草案。-委员会草案（CD）阶段：草案在TC119内部传阅征求意见，针对测量参数定义、条件控制等关键问题进行多轮讨论和修改。-国际标准草案（DIS）阶段：草案上升至各国家委员会正式投票阶段，收集全球范围内的技术评论。-最终国际标准草案（FDIS）阶段：针对DIS意见进行最终修订。-正式发布：2025年5月9日，IEC62899-302-6:2025正式出版发行。2.3主要修订内容与核心考量相较于业内此前采用的非标准化的内部测试协议，IEC62899-302-6:2025在以下核心维度实现了系统性规范：1.测试条件的标准化控制：明确了环境温度、湿度、墨水温度等关键测试条件，消除环境因素对测量结果的影响。2.第一滴定义的精确化：准确定义"第一滴"的测量窗口，区分打印头从不同闲置时长（如短时闲置、长时闲置）恢复工作时的瞬态喷射行为。3.测量系统的计量要求：对观测系统的分辨率、帧率、照明条件等提出了明确的技术指标。4.数据处理与报告的规范化：规定了测量结果的统计分析方法和试验报告的标准格式，确保不同测试者之间数据的可复现性和可比性。在三轮CD和一轮DIS投票过程中，各国家委员会针对墨水温度控制精度、观测视场标定方法、“无卫星液滴判定准则”等技术细节提出了百余条修改意见。项目组通过多轮技术论证和实验室间比对试验，逐步完善了标准的各项技术规定，最终促成标准获得高票通过。三、标准技术内容详细解析3.1标准适用范围IEC62899-302-6:2025适用于压电式按需滴落（DOD）喷墨打印设备的液滴观测系统，涵盖单喷嘴测试和多喷嘴一致性评估两种应用场景。标准适用于包括水性墨水、溶剂型墨水、UV固化墨水及含有功能性纳米颗粒的电子墨水在内的各类墨水体系，但标准中规定的测量原理原则上亦可拓展至其他喷射原理的打印设备。3.2术语和定义为确保国际范围内的理解一致性，标准对该领域的关键术语进行了严格定义：-第一滴（FirstDrop）：打印头从非喷射状态切换至连续喷射状态后，在设定的起始观测窗口内喷出的首个液滴及紧随其后的少量液滴。-稳态液滴（Steady-stateDroplet）：打印头经过充分的预喷射后，液滴特性（体积、速度、飞行角度等）趋于稳定时所喷出的液滴。-液滴速度（DropletVelocity）：液滴在其飞行轨迹的指定观测区段内的平均飞行速度。-液滴体积（DropletVolume）：单个液滴在飞行过程中所占据的空间体积，通常由观测图像重建得到。-飞行角度偏差（FlyingAngleDeviation）：液滴实际飞行方向与喷嘴轴线之间的夹角。-预喷射（Pre-firing）：正式打印前为稳定喷嘴状态而执行的低频或高频喷射操作。-闲置时长（IdleTime）：打印头两次连续喷射操作之间的间隔时间。3.3测量原理该标准规定的第一滴测量方法基于高速机器视觉观测原理，其核心工作流程为：1.将待测打印头固定于测量系统，对准高速相机与频闪光源的观测区域；2.设定打印头驱动波形和墨水温度等喷射条件；3.打印头从设定闲置时长后启动喷射，高速相机或频闪观测系统同步采集第一滴及后续多个液滴的飞行图像；4.通过图像处理算法自动提取液滴轮廓，计算液滴的速度、体积和飞行方向等关键参数；5.将第一滴参数与稳态液滴参数进行对比，量化评估第一滴行为的偏离程度。值得特别指出的是，标准对高频测量下的光照均匀性和相机触发同步提出了严格的计量学要求，确保在微秒级时间尺度内捕捉到的图像具有足够的时间分辨率和空间分辨率。3.4测量设备与条件要求标准对测量系统各组成部分给出了系统的技术指标要求：-观测系统：推荐采用高速相机或频闪光源与普通相机组合的方式。相机分辨率应不低于指定值，确保单个液滴图像中像素数满足测量精度要求。-照明系统：照明光源的脉冲宽度应远小于液滴飞行速度对应的时间分辨率要求，以避免运动模糊。-环境控制：测试环境温度应控制在（23±2）℃的范围内，相对湿度控制在（50±10）%RH范围内；墨水温度控制在设定值的±0.5℃以内。-基板与介质：对于需在飞行中测量的场景无需基板；若涉及液滴沉积测量，基板材料、表面能和清洁度均需满足标准附录规定的条件。-系统标定：标准强制要求对观测系统的空间分辨率进行定期校准，确保测量结果的量值溯源性和准确性。3.5测量程序标准规定的测量程序包括以下步骤：1.准备阶段：安装打印头并调整至水平；灌入待测墨水并排除气泡；设定墨水和环境温度并进行热平衡；设置驱动波形和喷射频率。2.预调节阶段：按标准指定的条件进行预喷射，对喷嘴状态进行初始激活。3.闲置设定阶段：停止喷射，按所选测试方案设定闲置时长（标准推荐了若干标准闲置时长等级）。4.启动采集阶段：启动喷射序列，同步采集从第一滴开始的连续N滴液滴图像数据。5.参数计算与记录：逐滴计算液滴速度、体积、飞行角度等参数，绘制这些参数随液滴序数的变化曲线。6.稳态基准获取：继续喷射至预设次数后，获取稳态液滴参数作为对比基准。7.重复测试：每个测试条件应至少重复测量3次（标准中明确规定了至少3次），取统计平均值作为报告值。3.6数据处理与报告标准规定了对测量数据进行统计分析的具体方法，包括平均值、标准差、极差等统计指标的计算方式，以及离群值的判定与剔除规则。试验报告应包含测试条件完整描述、液滴参数随滴序的变化数据、与稳态偏差的结论评价以及原始图像的存档信息。四、企事业单位或标委会介绍4.1国内主要参与单位——国家印刷及柔性显示创新中心作为IEC/TC119国内技术对口单位的核心支撑力量之一，国家印刷及柔性显示创新中心（NationalInnovationCenterforPrintedandFlexibleDisplay）深度参与了IEC62899-302-6:2025的制定工作。该中心是经国家工业和信息化部批复建设的国家级制造业创新中心，依托广东聚华印刷显示技术有限公司与TCL集团等优势单位共同建设，是面向印刷电子与柔性显示领域的共性技术研发与标准创新平台。在IEC62899-302-6:2025标准的制定过程中，国家印刷及柔性显示创新中心主要承担了以下工作：-技术方案贡献：中心基于其在印刷OLED显示器件制备中积累的第一滴液滴表征数据，提出了液滴稳定时间和多滴序统计分析方法的技术建议，被标准制定组采纳。-实验室间比对试验（Round-RobinTest）：中心作为亚洲区主要参试实验室，利用其配备的高速液滴观测系统完成了多种典型电子墨水的第一滴测试，为验证标准测量方法的重复性和再现性提供了关键实验数据。-国内意见征集与协调：中心通过全国印刷电子标准化技术工作组（SAC/TC552）组织国内喷墨打印设备制造商、墨水供应商和显示器件生产企业，对标准草案进行多轮研讨，汇总国内产业界的建议并统一向IEC/TC119反馈。-标准验证与应用示范：中心率先在内部研发和对外测试服务中应用IEC62899-302-6:2025的方法体系，对多款商用喷墨打印头进行了第一滴性能评价，积累了覆盖喷墨打印头选型、墨水配方筛选和打印工艺参数优化等多场景的应用案例，为标准的产业落地提供了坚实的实践基础。通过参与该项国际标准的制定，国家印刷及柔性显示创新中心有效提升了我国在印刷电子装备测试技术领域的国际话语权，同时也为国内企业"走出去"参与国际竞争提供了标准支撑。五、结论与展望IEC62899-302-6:2025作为国际电工委员会在印刷电子喷墨设备测试领域的重要标准成果，首次系统性地规范了喷墨打印第一滴测量的技术方法和设备要求。该标准的发布标志着印刷电子装备测试技术向规范化、国际化和精细化方向迈出了重要一步，对推动全球范围内喷墨打印设备的技术对标、质量提升和产业协同具有深远意义。从技术角度看，该标准为喷墨打印设备制造商提供了统一的产品测试规范，有助于厂商在设备出厂前对其打印头进行全面的喷射性能验证；为印刷电子生产企业提供了设备验收和工艺监控的技术依据，有效降低工艺调试周期和废品率；为墨水供应商提供了材料与设备适配性的评价工具，加速新型功能性墨水的研发和商业化进程。从产业生态角度看，该标准的实施将进一步促进喷墨打印设备、墨水材料和印刷电子产品之间的技术衔接和互操作性，支撑印刷电子从实验室研发向大规模量产的平稳过渡。标准所建立的统一测量语言也为行业内的技术交流、贸易往来和知识产权保护奠定了坚实的技术基础。参考文献[1]IEC62899-302-6:2025,Printedelectronics-Part302-6:Equipment-Inkjet-Firstdropmeasurem