IEC 62899-4012025 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；印刷质量；功能材料；国际标准；标准化Keywords:PrintedElectronics;Printability;IEC62899-401;PrintingQuality;FunctionalMaterials;InternationalStandard;Standardization1引言印刷电子（PrintedElectronics）是指利用传统印刷工艺（如喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷等）将功能性材料（包括导电油墨、半导体油墨、介电油墨等）沉积在基材上，从而制造电子器件和系统的一类增材制造技术。与传统的硅基微电子制造工艺相比，印刷电子技术具有显著的成本优势——无需昂贵的真空设备和光刻工艺，材料利用率高，可实现卷对卷（Roll-to-Roll）连续化生产，同时天然适配柔性基材，为实现电子器件的柔性化、轻薄化和大面积化提供了可行的技术路径。近年来，印刷电子产业呈现出快速增长的态势。根据相关行业研究报告，全球印刷电子市场规模预计在未来数年内将突破百亿美元量级，应用领域从早期的射频识别标签（RFID）和柔性显示逐步拓展至智能包装、医疗诊断传感器、能源收集与存储器件、智能纺织品等多个新兴方向。各国政府与企业也纷纷加大在该领域的研发投入和产业布局。然而，印刷电子产业在快速发展的同时也面临着诸多标准化挑战。其中，一个最为基础且关键的问题便是“可打印性”（Printability）的定义、评价与表征。可打印性是一个综合性概念，它涵盖了对功能材料在各种印刷工艺条件下的可加工性评价，包括但不限于油墨的流变特性（如黏度、表面张力、触变性）、印刷过程中的液滴形成与沉积行为、印刷图案的几何精度与边缘质量、膜层的均匀性与厚度一致性，以及干燥/固化过程中可能出现的缺陷（如咖啡环效应、气泡、裂纹等）。可打印性直接决定了最终器件的性能一致性与可靠性，是连接油墨配方设计、印刷工艺参数优化和器件性能预测之间的关键桥梁。在IEC62899-401:2025标准发布之前，国际上尚无专门针对印刷电子可打印性的统一标准规范。不同研究机构和制造商往往各自定义内部评价方法和指标，导致数据可比性差、技术交流效率低下、供应链上下游之间的沟通壁垒明显，严重制约了印刷电子技术的产业化进程和国际合作。因此，制定一项面向印刷电子的可打印性国际标准，已成为业界和学术界的共同呼声。在此背景下，国际电工委员会印刷电子标准化技术委员会（IEC/TC119）启动了IEC62899-401:2025标准的制定工作。该标准作为IEC62899系列标准中“可打印性”板块的纲领性文件，为后续各细分标准（如适用于不同印刷工艺的可打印性评价方法标准）提供了总体的概念框架和方法论基础。2标准编制背景2.1标准制定机构IEC62899-401:2025由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，简称IEC）下属的印刷电子标准化技术委员会（IEC/TC119）归口管理并负责制定。IEC成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是全球成立最早的国际性电工标准化机构，负责电工技术和电子工程领域的国际标准化工作。IEC的成员覆盖全球170多个国家和地区，其发布的标准和合格评定体系是国际电工电子领域的基础性技术文件。IEC/TC119（PrintedElectronics）成立于2011年，是IEC专门负责印刷电子领域标准化工作的技术委员会，其工作范围涵盖印刷电子相关术语和定义、材料性能表征、工艺方法、器件评估、环境与安全等方面。TC119的成立体现了国际标准化界对印刷电子技术战略价值的高度重视。近年来，TC119已陆续发布了多项印刷电子领域的国际标准，涵盖术语（IEC62899-101系列）、材料（IEC62899-201系列）、制造工艺（IEC62899-301系列）以及打印基材（IEC62899-302系列）等方面，逐步构建起印刷电子标准体系的整体框架。IEC62899-401:2025隶属于IEC62899系列标准的第401部分，归入“可打印性”板块，是该板块的纲领性文件。IEC62899的编号体系按照“部分号”进行划分：其中，IEC62899-1xx系列为通用基础标准，-2xx系列为材料标准，-3xx系列为制造工艺标准，-4xx系列则为可打印性相关标准。2.2项目立项依据IEC62899-401:2025的立项基于以下几个方面的突出需求：（1）产业发展的迫切需求。印刷电子产业正处于从实验室研发向规模化量产转型的关键时期。在产业化过程中，印刷电子企业面临的突出挑战之一便是油墨与印刷工艺之间的匹配性问题。不同供应商提供的同类功能油墨在可打印性方面表现出显著差异，而用户在更换油墨供应商或调整印刷工艺参数时缺乏统一的评价依据和验收指标，导致开发周期延长、生产成本增加。（2）技术标准体系的缺口。尽管IEC/TC119已建立了印刷电子的系列标准框架，但在“如何科学地评价一种油墨或一种印刷工艺的可打印性好坏”这一核心问题上仍缺乏标准支撑。可打印性涉及多个学科交叉（流变学、界面科学、印刷工程、材料科学等），其评价需要系统性的方法论指导，这远非单个测试方法标准所能覆盖。（3）国际贸易与全球合作的需要。印刷电子供应链日益全球化，油墨配方、基材供应、印刷设备制造和终端产品组装往往分布于不同国家和地区。统一的可打印性标准化语言和评价共识，有助于降低国际贸易中的技术壁垒，促进全球产业链协同发展。（4）国际共识的达成。在IEC/TC119的多次工作会议中，来自中国、日本、韩国、德国、英国、美国等国家的专家代表均明确表达了对可打印性标准化的高度重视和积极支持，认为IEC62899-401的制定将显著促进印刷电子各参与方的有效沟通，加速技术创新成果的产业转化。2.3与其他标准的关系IEC62899-401:2025是IEC62899系列标准中“可打印性”板块的概述性文件，其与系列中其他标准存在层次化和协同化的关系。具体而言：-IEC62899-401（本部分）：概述，提供通用概念框架、方法论基础和术语。-IEC62899-402系列及后续相关部分：将分别针对不同的印刷工艺（如喷墨印刷、丝网印刷等）或不同的可打印性评价维度（如液滴形成行为、干燥成膜特性等）制定更为具体和细化的测试方法标准。在术语定义方面，IEC62899-401与IEC62899-101（术语标准）保持了一致性，并在此基础上补充了针对可打印性的专门定义。该标准也参照了ISO9000（质量管理体系基础和术语）和ISO/IEC17000（合格评定词汇）中的通用概念原则。此外，在黏度、表面张力等物理量的测试方法引用方面，标准与ISO2884（色漆和清漆黏度的测定）、ISO304（表面活性剂表面张力的测定）等传统测试标准建立了合理的衔接关系。3编制原则与关键技术内容3.1标准编制原则IEC62899-401:2025在编制过程中遵循了以下几项核心原则：（1）科学性。所有术语定义和概念框架均建立在严谨的科学基础之上，充分吸收学术界在印刷工艺学、流变学、胶体与界面科学等领域的最新研究成果。（2）适用性。标准充分考虑印刷电子产业的实际应用场景和用户需求，所定义的概念框架力求全面覆盖从研发到生产的各个阶段。（3）前瞻性。标准在概念框架设计中为未来技术发展预留了足够的扩展空间，不仅覆盖当前主流的喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷等工艺，也为处于快速发展中的新型印刷技术留有接口。（4）协调性。标准在术语体系和定义方面注重与IEC62899系列中其他标准以及ISO、ASTM等相关国际标准的协调统一。（5）可操作性。标准的编写充分考虑到不同国家和地区实验室条件和实践水平的差异，在概念定义和分类维度的设置上力求广泛适用。3.2标准主要内容IEC62899-401:2025的主体内容包括以下章节：范围与规范性引用文件——明确了标准适用于印刷电子领域中有机与无机功能性油墨在各类印刷工艺条件下的可打印性概念框架，以及若干规范性引用文件。术语和定义——系统定义了可打印性领域的基础术语，包括：可打印性（printability）、功能性油墨（functionalink）、印刷适性（printingsuitability）、基材润湿性（substratewettability）、液滴成形（dropletformation）、铺展行为（spreadingbehavior）、咖啡环效应（coffee-ringeffect）、膜层均匀性（filmuniformity）、边缘锐度（edgesharpness）、印刷分辨率（printingresolution）等。除IEC62899-101已定义的基础术语外，本文件针对可打印性情境下的专门定义进行了补充说明。影响可打印性的关键因素——系统分析了影响可打印性的多维度因素，主要涵盖以下方面：（1）油墨组成与配方因素：包括功能颗粒的粒径与分布、固含量、溶剂体系、表面活性剂与分散剂的选择、黏结剂体系等；（2）油墨流变特性因素：包括黏度与剪切变稀行为、屈服应力、触变性、动态黏弹性（储能模量与损耗模量）等；（3）表面与界面因素：包括油墨表面张力、基材表面能、固-液界面接触角、动态润湿行为等；（4）印刷工艺参数因素：包括印刷速度、喷头/网版参数、印刷压力、离网距离、环境温湿度条件等；（5）基材特性因素：包括基材的表面粗糙度、孔隙率、化学极性、热稳定性、尺寸稳定性等；（6）干燥与固化条件因素：包括干燥温度曲线、固化方式（热固化、UV固化、光烧结等）、干燥环境气流条件等。可打印性评价维度——提出了系统化的可打印性评价维度分类框架，包括：液滴形成特性评价维度、图案精度评价维度、膜层质量评价维度以及缺陷评价维度。其中：-液滴形成特性：关注喷墨印刷中液滴从喷头形成到撞击基材的完整动态过程，包括液滴速度、体积一致性、卫星液滴抑制能力等；-图案精度：关注印刷图案的线宽/线距、边缘锐度、尺寸精度、套印精度等几何特征；-膜层质量：关注干燥/固化后功能膜层的厚度均匀性、表面形貌、粗糙度及内部结构完整性等特征；-缺陷评价：关注印刷及干燥过程中各类典型缺陷的特征、成因分类和严重程度分级。可打印性评价方法框架与报告要求——在评价方法框架方面，标准建议根据评价目的的不同选择相应的评价维度和测试方法组合，以确保评价的针对性和效率。在报告要求方面，标准明确要求可打印性评价报告应全面记录油墨信息（配方组成、批次、固含量、黏度、表面张力）、印刷工艺条件（设备型号、印刷速度、喷头/网版参数、环境温湿度）、基材信息（材质、表面处理方式、表面能）以及评价结果数据（图案精度指标、膜层质量指标、缺陷类型与等级）等完整信息。3.3可打印性评估核心维度IEC62899-401:2025所提出的可打印性评价维度框架是该标准最核心的贡献之一。这一框架的逻辑结构可概括为“工艺前端—工艺中端—工艺后端”的全面覆盖：-工艺前端——液滴形成特性：关注油墨从喷头喷射形成液滴的过程行为，涉及黏度、表面张力和动态黏弹性等参数的综合影响，以及在给定喷墨波形驱动下液滴的断裂长度、飞行速度和卫星液滴情况。-工艺中端——图案精度：关注液滴撞击基材后的铺展和融合行为所决定的最终图案几何特征，包括线宽、线边缘粗糙度、膜厚均匀性以及特征尺寸的精度控制。-工艺后端——膜层质量与缺陷评价：关注液态图案经干燥/固化后形成的固态功能膜层的最终质量状况，涵盖表面形貌、内部微观结构以及各类典型印刷缺陷的评估。上述三个维度环环相扣，共同构成了从“油墨—工艺—膜层”全链条的可打印性评价体系。3.4技术指标的比较分析与传统的印刷油墨标准（如ISO2846系列印刷油墨颜色和透明度标准、GB/T18723印刷技术用术语标准等）相比，IEC62899-401:2025在技术指标体系方面体现了显著的差异化特征。传统印刷标准主要服务于图文印刷的视觉质量评价，其关注的核心指标是颜色再现性、光学密度、套印精度等与人类视觉感知相关的指标；而IEC62899-401:2025则服务于功能器件制造，其关注的核心指标是电学功能的实现与一致性。因此，该标准在评价维度的设计上更加注重功能导向。此外，该标准在黏度测试范围、表面张力测量条件等方面充分考虑了功能性油墨（特别是含有高浓度纳米颗粒的导电油墨）的特殊性，与传统印刷油墨标准的适用条件有本质区别。4主要起草单位介绍作为IEC/TC119的重要成员，中国电子技术标准化研究院（CESI，ChinaElectronicsStandardizationInstitute，电子标准院）深度参与了IEC62899-401:2025的制定工作，在标准概念框架设计、可打印性术语定义和评价维度划分等方面做出了突出贡献。同时，该院也是我国印刷电子标准化工作的国内技术归口单位。中国电子技术标准化研究院（CESI）创建于1963年，是工业和信息化部直属的事业单位，也是国家从事电子信息技术领域标准化工作的国家级核心科研机构。CESI是IEC中国国家委员会的电子电工领域的支撑单位之一，承担了多个IEC技术委员会和分委员会的国内技术对口工作。在印刷电子领域，CESI组织国内相关企事业单位和科研院所，系统开展印刷电子标准体系研究和关键标准制定工作，积极推动我国在该领域的标准化工作与国际接轨。在IEC62899-401:2025的制定过程中，CESI组织国内专家深入参与标准草案的多轮讨论和修订工作，在以下方面做出了实质性贡献：一是提出了可打印性系统评价维度的建议，将我国在印刷电子油墨表征和工艺评价方面的实践经验融入标准框架；二是推动了功能性油墨特殊流变特性的术语定义更加完善；三是协调国内多家印刷电子骨干企业和高校科研机构参与标准验证工作，为标准技术内容的合理性提供了实验支撑。CESI的参与有效增强了该国际标准的技术普适性和可操作性，同时也为我国印刷电子产业界和学术界搭建了参与国际标准化工作的重要平台。5标准应用前景与预期效益5.1应用场景IEC62899-401:2025的应用场景涵盖印刷电子全产业链的多个关键环节，主要包括：（1）油墨配方设计与开发。油墨制造商可依据IEC