IEC TR 62899-304-12023 印刷电子器件.第304-1部分设备.烧结.光子烧结系统的温度测量方法标准立项发展报告

印刷电子器件第304-1部分：设备烧结光子烧结系统的温度测量方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PrintedElectronics-Part304-1:Equipment-Sintering-TemperatureMeasurementMethodforPhotonicSinteringSystem摘要随着印刷电子技术在柔性显示、智能包装、可穿戴设备及物联网传感等领域的快速产业化应用，光子烧结技术作为低温基材上实现功能性纳米油墨高导电性转化的关键工艺，其工艺温度测量准确性问题日益凸显。温度作为烧结过程中最核心的工艺参数，直接决定烧结质量、器件性能及生产一致性，然而传统接触式测温方法在光子烧结这一高瞬态、非接触式热源条件下存在显著局限性，亟需建立统一的标准化测量方法。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年12月6日正式发布了IECTR62899-304-1:2023《印刷电子器件第304-1部分：设备烧结光子烧结系统的温度测量方法》。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容框架、核心测量方法及其对印刷电子产业链的深远影响，重点分析了标准中提出的基于辐射测温原理的光子烧结温度测量方法体系，阐述了其技术原理、测量条件要求、校准规范及不确定度评定方法。报告指出，该技术报告填补了国际印刷电子领域光子烧结温度测量方法标准的空白，为全球范围内光烧结设备的性能评价、工艺优化及质量管控提供了统一的技术依据，对推动印刷电子产业从实验室研发向规模化制造转型具有重要的里程碑意义，并对我国在该领域的技术标准布局和产业实践提出了前瞻性建议。关键词：印刷电子；光子烧结；温度测量；国际电工委员会；技术报告；标准化Keywords:PrintedElectronics;PhotonicSintering;TemperatureMeasurement;IEC;TechnicalReport;Standardization一、引言1.1印刷电子产业发展背景印刷电子技术是21世纪最具变革性的制造技术之一，其核心内涵在于利用印刷工艺替代传统光刻、真空沉积等复杂制造手段，在柔性或刚性基材上制造电子器件和系统。该技术在射频识别标签、柔性显示器、有机发光二极管照明、薄膜光伏、智能传感、医疗诊断及可穿戴电子等领域展现出广阔的应用前景。根据IDTechEx等市场研究机构的数据，全球印刷电子市场规模预计在2030年前将突破800亿美元，年复合增长率保持在15%以上。在印刷电子的制造流程中，烧结工艺是实现功能性油墨由"可印刷状态"向"功能性器件"转化的决定性环节。纳米银、纳米铜等金属纳米颗粒油墨在印刷沉积后，需要通过烧结去除有机溶剂和分散剂，使纳米颗粒间形成连续的导电网络，从而获得所需的导电性能和机械附着力。然而，传统热风烧结和热板烧结所需的150°C至300°C高温往往超出聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等柔性聚合物基材的耐温极限（通常不超过150°C），这严重制约了印刷电子器件在低成本柔性基材上的实现。1.2光子烧结技术的兴起及其对温度测量的需求光子烧结（PhotonicSintering），又称闪光灯烧结或脉冲光烧结，是利用高能量密度的脉冲氙灯在毫秒至微秒时间尺度内对印刷油墨层进行辐照，通过光热转换在油墨层内部实现快速升温至数百摄氏度，同时保证基材整体温度维持在较低水平的一项新兴工艺技术。该技术能够在不损伤柔性基材的前提下实现高性能导电图案的制备，被认为是印刷电子产业化的关键使能技术之一。然而，光子烧结过程中温度测量面临着巨大挑战。一方面，烧结过程极其短暂（通常在100微秒至10毫秒之间），传统热电偶、热电阻等接触式传感器由于热响应时间不足（通常在毫秒级以上）且会干扰光场分布，无法实现有效测量；另一方面，烧结过程中温度瞬态变化速率可高达每秒数千摄氏度，这对测量系统的响应速度、采集频率及数据处理能力提出了极为苛刻的要求。同时，油墨表面发射率的未知性、光源光谱分布的非均匀性及测量环境中的强光干扰等因素进一步增加了温度测量的不确定度。在此背景下，建立一套科学、统一、可重复的光子烧结温度测量方法标准，成为印刷电子产业从实验室研究走向规模化生产所必须解决的基础性计量问题。1.3标准立项的必要性与紧迫性在IECTR62899-304-1:2023发布之前，国际范围内尚无针对光子烧结温度测量的专门标准。ISO9000系列质量管理体系标准和IEC62899系列印刷电子标准虽从宏观层面规定了质量管理和通用测试方法，但未能提供光子烧结温度测量的具体技术方案。各设备制造商、材料供应商和终端用户各自采用内部方法进行温度测量和工艺控制，导致测量结果缺乏可比性，严重制约了设备性能评价、工艺参数转移和跨供应链质量协同。因此，制定统一的光子烧结温度测量方法标准，已成为国际印刷电子标准化领域最为迫切的任务之一。二、标准基本信息概述2.1标准编号与基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTR62899-304-1:2023||标准名称|印刷电子器件第304-1部分：设备烧结光子烧结系统的温度测量方法||英文名称|Printedelectronics-Part304-1:Equipment-Sintering-Temperaturemeasurementmethodforphotonicsinteringsystem||标准类型|技术报告（TechnicalReport,TR）||发布机构|国际电工委员会（IEC）||所属技术委员会|IEC/TC119（印刷电子技术委员会）||ICS分类号|印刷、复制设备||发布日期|2023年12月6日||发布年份|2023年||标准状态|现行||国别|国际组织||官方语言|英语|2.2标准定位与性质IECTR62899-304-1:2023属于IEC/TC119印刷电子标准体系中"设备"板块的子标准。按照IEC导则的分类，技术报告（TR）不同于国际标准（IS），其主要功能是提供技术信息、研究数据和实践指南，为未来正式标准的制定奠定技术基础。该标准以技术报告形式发布，既反映了该技术领域尚未完全成熟的现实状态，也体现了IEC对这一新兴方向灵活务实的响应机制。三、标准技术内容分析3.1标准适用范围该标准规定了光子烧结系统中用于测量被烧结样品表面温度的方法及其程序要求。适用于以脉冲氙灯或其他宽光谱高功率光源为核心能量源的光子烧结设备，测量对象包括但不限于印刷在聚合物薄膜、玻璃、纸张等基材上的纳米银、纳米铜、纳米碳等导电油墨烧结过程的表面温度。3.2关键术语与定义标准明确界定了以下关键术语：-光子烧结（PhotonicSintering）：利用宽光谱脉冲光源辐照使印刷功能性材料层烧结固化的过程；-脉冲宽度（PulseWidth）：单次光脉冲的持续时间；-能量密度（EnergyDensity）：单位面积上接收到的光辐射能量；-辐射测温法（RadiationThermometry）：通过探测物体表面热辐射功率来反推温度的非接触测量方法。3.3核心测量方法体系标准推荐的光子烧结温度测量方法基于高速辐射测温原理，其技术框架包括：1.测量系统配置：采用高速红外辐射温度计或高速光谱仪，搭配高速数据采集系统，采样频率不低于1MHz，响应时间不超过1微秒，以保证能够捕获烧结过程中毫秒级甚至亚毫秒级的温度瞬态变化。2.光谱窗口选择：为避免脉冲光源强辐射对测量信号的干扰，测量系统需在特定光谱窗口内工作，并配备相应波段的窄带滤光片或通过时间门控技术将测量时段与光源脉冲时段进行区分。3.发射率校准：由于不同油墨材料在不同烧结阶段的发射率存在差异且动态变化，标准要求采用原位校准或模拟样品对比法进行发射率补偿，推荐使用已知发射率的参比材料进行对比测量。4.温度场分布测量：标准建议采用高速红外热像仪或点扫描方式获取烧结区域内温度的空间分布信息，以评估光斑均匀性和烧结一致性。3.4测量条件与程序要求标准对测量环境、样品准备、设备预热、测量路径规划及数据处理等环节提出了明确的规定要求，确保不同操作者和不同设备间测量结果的可比性。其中，数据处理部分着重给出了去除噪声、平滑曲线和提取特征参数（如峰值温度、升温速率、保温时间等）的方法指南。四、主要参与单位介绍——IEC/TC119印刷电子技术委员会IECTR62899-304-1:2023由国际电工委员会第119技术委员会（IEC/TC119PrintedElectronics）组织制定。该技术委员会成立于2010年，是IEC体系内专门负责印刷电子领域标准化工作的技术机构，其秘书处由韩国技术标准署（KATS）承担。IEC/TC119的工作范围涵盖印刷电子用材料、设备、工艺、器件、系统及其测试方法的标准化，涉及术语和定义、材料规格和性能测试方法、设备性能和接口技术规范、印刷工艺条件和可靠性试验方法等，并积极加强与IEC/TC124（可穿戴电子设备）、ISO/TC261（增材制造）等技术委员会的合作与协调。截至目前，IEC/TC119已发布或正在制定中的标准超过30项，涵盖印刷电子基础术语（IEC62899-1系列）、材料（IEC62899-2系列）、印刷设备（IEC62899-3系列）、设备（IEC62899-4系列）等。其中，IECTR62899-304-1:2023正是面向"设备"板块中"烧结"工艺环节的标准成果，由该技术委员会下属的WG3工作组（设备标准化工作组）具体推进制定。该工作组的核心专家团队汇集了来自韩国、日本、德国、美国、中国等主要印刷电子技术研发国家的标准化专家，历时约三年时间完成该技术报告的编制与发布。五、标准的产业价值与技术影响5.1设备性能评价与质量分级该标准的发布为光子烧结设备制造商提供了统一的技术语言和性能评价依据。设备用户可依据标准规定的测量方法，对设备的温度控制精度、温度场均匀性、批次重复性等关键性能指标进行标准化评价，从而在设备选型、采购验收及日常维护中做到有据可依。5.2工艺优化与技术转移标准提供的标准化温度测量方法为印刷电子工艺开发人员提供了一套可靠的过程表征工具。在工艺开发和优化阶段，精确、可重复的温度数据能够帮助工程技术人员建立工艺参数（如脉冲宽度、能量密度、脉冲次数等）与烧结效果（如方阻、附着力、线宽精度等）间的定量关系，从而更加系统高效地进行工艺窗口搜索和参数优化。5.3供应链质量管理标准在全球范围内的推广使用，有助于不同供应链环节之间建立统一的验收验证依据。油墨供应商可采用该标准推荐的测量方法向其客户提供建议的烧结条件及对应的温度特征数据；设备制造商可提供标准化的设备性能测试报告；终端用户可以据此制定更科学的来料检验和过程控制方案。5.4对标准体系的补充与完善IECTR62899-304-1:2023的发布，弥补了印刷电子国际标准体系中设备板块烧结环节温度测量方法标准的空白，与已发布的IEC62899-301（印刷设备通用要求）等标准形成了有效互补。作为技术报告，该标准所建立的测量方法体系和技术数据也将为后续制定正式的国际标准提供坚实的技术基础。六、结论与展望IECTR62899-304-1:2023作为全球首个专门针对印刷电子光子烧结温度测量的技术文件，对推动印刷电子产业的技术进步和规模化应用具有重要意义。该标准确立的高速辐射测温方法体系，有效应对了光子烧结过程中高瞬态、强干扰、非接触的技术挑战，为全球范围内光子烧结设备的性能评估提供了一套系统、科学且可复现的技术方案。展望未来，印刷电子产业正处于从技术验证期向产业爆发期过渡的关键阶段。在光子烧结温度测量标准化领域，后续工作将有望沿着以下方向持续深化：其一，在IECTR62899-304-1:2023的基础上，进一步积累比对数据和实际应用经验，推动其升级为正式的IEC国际标准（IS）；其二，针对不同材料体系（如纳米银、纳米铜、碳