IEC 62899-201-22021 印刷电子.第201-2部分材料.基板.可拉伸基板性能的测量方法标准立项发展报告

印刷电子第201-2部分：材料基板可拉伸基板性能的测量方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PrintedElectronics-Part201-2:Materials-Substrates-MeasurementMethodsforPropertiesofStretchableSubstrates摘要随着物联网、柔性显示、智能穿戴设备及生物医疗电子等新兴领域的迅猛发展，印刷电子技术凭借其大面积、低成本、绿色制造等突出优势，已成为全球制造业转型升级的战略性技术方向。可拉伸基板作为印刷电子器件的关键承载材料，其力学性能、电学稳定性及环境适应性直接决定了柔性电子产品的可靠性与使用寿命。然而，由于可拉伸基板材料的性能测试缺乏统一标准，行业内长期存在测试方法不一致、数据可比性差等问题，严重制约了技术的规模化应用与产业链协同发展。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2021年10月14日正式发布IEC62899-201-2:2021《印刷电子第201-2部分：材料基板可拉伸基板性能的测量方法》标准。本报告对该标准的立项背景、编制过程、技术内容及行业影响进行系统梳理与分析，重点阐述了标准在拉伸性能测试、电学特性评估、环境可靠性验证等方面的技术规范，并详细介绍了标准归口技术委员会IEC/TC119的组织架构与工作机制。该标准的发布填补了可拉伸基板性能测试领域的国际标准空白，为全球印刷电子产业提供了统一的技术依据和质量评价准则，对推动柔性电子技术从实验室研究走向产业化应用具有里程碑式的重要意义。关键词：印刷电子；可拉伸基板；性能测量；国际标准；IEC62899；柔性电子Keywords:PrintedElectronics;StretchableSubstrates;PerformanceMeasurement;InternationalStandard;IEC62899;FlexibleElectronics1.引言1.1研究背景与意义印刷电子技术是指利用印刷工艺制造电子器件和电路的技术体系，涵盖了喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷等多种制造方式，广泛应用于有机发光二极管（OLED）显示、薄膜太阳能电池、射频识别（RFID）标签、智能传感器、电子皮肤等产品领域。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和工艺灵活性，能够在柔性、轻薄甚至可拉伸的基材上实现电子功能的构建，因此被认为是下一代电子制造技术的核心方向之一。在印刷电子器件的构成中，基板材料承担着机械支撑、电气绝缘、信号传输等多重功能。随着应用场景向可穿戴设备、医疗健康监测、软体机器人等方向拓展，基板材料不仅要具备良好的柔性，还必须具备可拉伸性能——即在承受较大形变时仍能保持结构完整性和功能稳定性。这一需求推动了聚二甲基硅氧烷（PDMS）、热塑性聚氨酯（TPU）、Ecoflex等可拉伸基板材料的快速发展。然而，不同制造商和科研机构在评价这些材料性能时采用的方法各异，测试条件不统一，导致数据之间缺乏可比性，严重影响了材料选型、工艺优化和产品认证等环节的效率与可靠性。1.2标准立项的必要性具体而言，可拉伸基板性能测试标准的缺失带来了以下几方面突出问题：（1）测试方法碎片化：各企业及研究机构采用不同的样件制备方法、拉伸速率、环境条件和数据采集方式，即使是同一种材料，所测得的力学性能数据也可能存在显著差异，难以进行有效的横向比较。（2）性能评价不全面：可拉伸基板在实际应用中需要同时满足力学性能（如拉伸强度、断裂伸长率、弹性恢复率）和电学性能（如体积电阻率、表面电阻、介电常数）的复合要求，但多数现有测试方案仅关注单一性能维度，无法全面反映材料的综合适用性。（3）可靠性验证不足：在动态拉伸、循环载荷、温度湿度变化等实际服役条件下，基板材料的性能会发生退化，而针对这些可靠性指标的测试方法尚属空白。（4）国际贸易壁垒：由于缺乏统一的国际标准，不同国家和地区在产品质量认证和贸易检验中各自为政，增加了跨国合作的制度成本和技术障碍。因此，制定一项专门针对可拉伸基板性能测量的国际标准，对于统一测试方法、规范质量评价、促进技术交流与产业协作具有迫切的现实需求。1.3标准基本信息IEC62899-201-2:2021由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）于2021年10月14日正式发布，标准全称为《印刷电子第201-2部分：材料基板可拉伸基板性能的测量方法》（Printedelectronics-Part201-2:Materials-Substrates-Measurementmethodsforpropertiesofstretchablesubstrates），标准状态为现行有效。该标准归属于IEC/TC119（印刷电子技术委员会）归口管理，是IEC62899系列标准中针对可拉伸基板材料性能测试的专项标准。2.标准编制过程与参与单位2.1标准编制历程IEC62899-201-2:2021的编制工作经历了严谨而充分的论证与协商过程。该标准于2017年正式提出新工作项目提案（NP），经IEC/TC119各成员国投票表决后获得通过并正式立项。标准编制过程中，先后经历了工作草案（WD）、委员会草案（CD）、询问草案（CDV）和最终国际标准草案（FDIS）等多个阶段，每个阶段均广泛征求了成员国国家委员会、行业企业、科研机构和检测认证机构的意见。在技术内容研讨方面，来自日本、德国、中国、韩国、美国等主要成员国的专家围绕可拉伸基板的定义与分类、样件制备方法、拉伸测试条件、电学性能测试方案、环境可靠性试验方法等核心技术问题进行了多轮深入讨论。特别是针对拉伸测试中的应变速率选择、初始标距设定、预拉伸处理等具体细节，专家们基于大量比对实验结果达成了一致意见，形成了具有可操作性和复现性的技术方案。2021年，标准在完成全部质询和投票程序后获得批准，于2021年10月14日正式出版发布，成为全球首项针对可拉伸基板性能测量的国际标准。2.2技术归口单位——IEC/TC119简介IEC/TC119（印刷电子技术委员会）是负责印刷电子领域国际标准制定的专业技术委员会，成立于2011年，秘书处由日本工业标准调查会（JISC）承担。TC119的工作范围涵盖印刷电子的术语与定义、材料、工艺、设备、检测方法以及产品应用等全产业链环节，其标准体系框架由术语标准、材料标准、工艺标准、设备标准、质量评价标准等系列构成。在IEC62899系列标准框架下，TC119按照"总则-分则"的结构进行了系统规划。其中，"第201部分"系列聚焦于材料领域的基板类标准，具体包括：IEC62899-201-1规定了柔性基板（未拉伸状态）的性能要求与测试方法，IEC62899-201-2（即本报告所介绍的标准）则针对可拉伸基板的性能测量方法进行了专项规定，与IEC62899-201-1形成互补关系。此外，该系列还涵盖了印制导电油墨（第202部分）、介电油墨（第203部分）等材料标准的规划。这种模块化的标准架构设计，使得标准体系既能覆盖完整的产业链需求，又保持了各子标准之间的独立性和可扩展性。TC119的成员包括来自全球约20余个国家的标准化机构和行业代表，下设多个工作组（WG）和项目组（PT），分别承担不同方向的标准制修订任务。其中，可拉伸基板相关标准项目由TC119的特定工作组牵头推进，工作组成员汇集了材料科学、印刷工艺、电子工程、计量测试等多学科背景的专家，为标准技术内容的科学性、先进性和实用性提供了有力保障。2.3主要参与单位介绍在IEC62899-201-2:2021的编制过程中，日本产业技术综合研究所发挥了重要的技术主导作用。作为日本最大的公共研究机构之一，该研究所长期致力于柔性电子材料和印刷电子器件的研究开发，在可拉伸导体、柔性基板材料、印刷工艺技术等领域积累了丰富的科研成果和技术经验。其在标准制定中的主要贡献包括：牵头开展可拉伸基板力学性能测试方法的实验室间比对研究，提出了基于多种拉伸模式的标准测试方案框架；在电学性能测试方法的确定中提供了关键试验数据支撑；并主持起草了标准中关于环境可靠性试验的技术附录。此外，德国弗朗霍夫研究院、韩国电子技术研究院、中国电子技术标准化研究院等机构也在标准讨论中积极参与，贡献了各自在柔性电子检测技术和标准化实践方面的经验。3.标准技术内容解析3.1标准范围与定位IEC62899-201-2:2021规定了印刷电子用可拉伸基板关键性能的测量方法，适用于各类在拉伸、弯曲、扭曲等机械形变条件下使用的基板材料，包括但不限于PDMS、TPU、硅橡胶、聚氨酯弹性体及其复合材料等。标准所涵盖的性能指标包括力学性能（拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量、永久变形率等）、电学性能（体积电阻率、表面电阻率、介电强度等）以及环境可靠性（耐湿热老化、耐温度循环等），同时对各性能指标的测试条件、样件制备、数据处理和报告格式提出了统一要求。该标准在定位上注重与IEC62899系列其他标准的协调一致性，在术语定义、测试原理和方法框架上尽量与IEC62899-201-1保持一致，以确保不同基板类型（刚性和可拉伸）之间的性能数据具有可比性。在编写结构上，标准涵盖了规范性引用文件、术语和定义、原理、试验设备、样品制备、试验程序、结果计算、试验报告等完整的技术要素，内容层次分明、逻辑严密。3.2力学性能测量方法力学性能是评价可拉伸基板适用性的核心指标。标准在力学性能测试方面参考了ISO37（硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定）等成熟国际标准的基本方法框架，同时针对印刷电子用可拉伸基板的薄型化、高性能化特点进行了适应性调整。在样件制备方面，标准规定了哑铃状和矩形条状两种标准样件形式，分别适用于不同厚度范围和不同测试目的的样品。哑铃状样件主要用于测定材料的拉伸强度和断裂伸长率，矩形条状样件则适用于弹性模量和应力-应变全曲线的测定。标准对决口尺寸、标距长度、厚度测量方法等细节做了明确规定，以保证不同实验室之间的测试结果具有可比性。在测试条件方面，标准推荐了多种拉伸速率等级，并规定在标准实验室环境（温度23℃±2℃，相对湿度50%±5%）下进行测试。考虑到可拉伸基板在实际应用中可能经历不同程度的形变，标准要求对样品分别进行单轴拉伸和循环拉伸测试，以全面评价材料的静态和动态力学性能。3.3电学性能测量方法可拉伸基板在印刷电子器件中通常作为绝缘层或承载层使用，因此其电学性能直接关系到器件的绝缘可靠性和信号传输质量。标准规定了体积电阻率、表面电阻率和介电强度三项关键电学性能指标的测试方法。在体积电阻率和表面电阻率的测量中，标准推荐采用三电极系统配合高阻计进行测试，并对测试电压、充电时间、温度条件等参数进行了统一规定。为确保测量的准确性，标准特别强调了对样品进行预处理（如清洁、干燥）的重要性，并对不同厚度样品的测试电压选择给出了指导性建议。介电强度测试采用连续升压法，标准对升压速率、电极结构、测试介质等条件进行了详细规定。考虑到可拉伸基板在形变状态下的电学性能变化是实际应用中极为关键的参数，标准创新性地引入了"应变状态下的电学性能测试"方法，规定了在特定拉伸应变条件下对样品的绝缘电阻和介电强度进行原位测试的程序，这一设计为评价基板材料在实际服役条件下的电学可靠性提供了重要的技术手段。3.4环境适应性评价考虑到可拉伸基板在可穿戴设备、医疗电子等应用场景中可能面临复杂的环境条件，标准对环境适应性评价也作出了系统规定。标准推荐将样品分别置于高温高湿（如85℃/85%RH）、低温（如-40℃）和温度循环等条件下进行规定时间的处理，随后测试处理前后的力学和电学性能变化率，以评价材料的环境耐受能力。此外，标准还引入了耐弯折性能和耐拉伸疲劳性能的测试方法。通过规定曲率半径的反复弯折试验和一定应变幅值的循环拉伸试验，测定样品在经历规定次数循环后的性能保持率，从而为材料在动态服役条件下的长期可靠性评估提供依据。3.5与其他标准的关系与协调IEC62899-201-2:2021在制定过程中充分考虑了与现有国际标准的协调性问题。在术语和定义方面，标准沿用了IEC62899-1-1（印刷电子第1-1部分：术语）中的基本术语体系。在测试方法方面，力学性能测试参考了ISO37、ISO527（塑料拉伸性能测定）等通用材料测试标准的框架；电学性能测试参考了IEC60093（固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法）、IEC60243（固体绝缘材料介电强度试验方法）等电气绝缘测试标准。通过这种多层次的标准协调，IEC62899-201-2既保证了专业领域的针对性，又实现了与已有通用标准体系的兼容，便于行业理解和实施。4.标准应用前景与产业影响4.1对产业发展的推动作用IEC62899-201-2:2021的发布和实施，将从多个维度对印刷电子及柔性电子产业产生深远影响。首先，该标准统一了可拉伸基板性能测试的方法和条件，使得不同供应商、不同材料体系之间的性能数据具有可比性，为下游用户进行材料选型和供应链管理提供了技术依据。其次，标准所确立的测试方法和指标体系为产品质量认证和可靠性评价提供了统一标尺，有助于建立公平有序的市场竞争环境，促进产业优胜劣汰。第三，标准引入了形变状态下的性能测试方法，更加真实地反映了材料在实际应用工况下的表现，有助于推动材料研发从"静态指标优化"向"服役性能优化"转型。4.2促进国际贸易与技术合作作为一项由IEC发布的国际标准，该标准的实施将有效降低印刷电子领域的国际贸易壁垒。各成员国在制修订本国标准和实施质量认证时以该标准为参照，有助于消除因测试方法差异导致的贸易纠纷，降低跨国合作的交易成本。同时，标准的统一也为国际间的技术交流和数据共享创造了有利条件，有助于加速技术创新成果在全球范围内的传播和转化。4.3面临的挑战与展望尽管IEC62899-201-2:2021的发布填补了可拉伸基板测试方法国际标准的空白，但印刷电子技术仍在快速发展之中。新材料、新工艺和新应用层出不穷。例如，具有自修复功能、生物可降解特性的新型可拉伸基板已在实验室中取得突破，这些材料需要新的性能评价方法；可拉伸导电油墨与可拉伸基板之间在形变条件下的界面可靠性也是当前的研究热点，相应的界面性能测试方法值得未来标准化工作关注。此外，针对三维可拉伸结构、多轴拉伸状态下的性能测试方法等前沿课题，仍需要标准化工作者持续研究和探索。5.结论IEC62899-201-2:2021《印刷电子第201-2部分：材料基板可拉伸基板性能的测量方法》是国际电工委员会印刷电子技术委员会（IEC/TC119）组织制定的全球首项针对可拉伸基板性能测量的国际标准。该标准于2021年10月14日正式发布，系统规定了可拉伸基板的力学性能、电学性能和环境适应性三大类关键指标的测量方法，在吸收和继承现有国际通用测试标准的基础上，创新性地引入了形变状态下的原位电学性能测试方法，更加真实地反映了材料实际服役条件下的性能表现。该标准的发布实施，为全球印刷电子产业提供了统一的技术语言和质量评价准则，有效解决了因测试方法不一致导致的数据不可比问题，对材料研发、工艺优化、质量控制和国际贸易均具有重要的指导意义。在标准编制过程中，日本产业技术综合研究所等主要参与单位充分发挥了各自的技术优势，为标准内容的科学性、先进性和实用性提供了坚实保障。展望未来，随着柔性电子技术向更高性能、更多功能、更广应用方向持续演进，可拉伸基板标准化工作也将面临新的挑战与机遇。建议相关标准化技术机构持续跟踪技术发展前沿动态，适时开展标准修订与扩展工作，进一步完善印刷电子标准体系，为全球印刷电子产业的健康可持续发展提供更加有力的技术支撑。同时，鼓励各国标准化机构和行业企业积极参与到印刷电子国际标准化工作中来，共同推动相关标准体系的建设与完善。参考文献[1]IEC62899-201-2:2021,Printedelectronics-Part201-2:Materials-Substrates-Measurementmethodsforpropertiesofstretchablesubstrates[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2021.[2]IEC62899-1-1:2017,Printedelectronics-Part1-1:Commonterminology[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2017.[3]IEC62899-201-1:2018,Printedelectronics-Part201-1:Materials-Substrates-Measurementmethodsforpropertiesofflexiblesubstrates[S].Gene