IEC 61189-2-5012022 电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法第2-501部分互连结构材料的试验方法柔性电介质材料的回弹强度和回弹强度保持系数的测量标准立项发展报告

电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法第2-501部分：互连结构材料的试验方法柔性电介质材料的回弹强度和回弹强度保持系数的测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Testmethodsforelectricalmaterials,printedboardsandotherinterconnectionstructuresandassemblies-Part2-501:Testmethodsformaterialsforinterconnectionstructures-Measurementofresiliencestrengthandresiliencestrengthretentionfactorofflexibledielectricmaterials摘要随着电子信息产业向轻薄化、柔性化和高可靠性方向快速发展，柔性电介质材料作为柔性印制电路板（FPC）、柔性显示、可穿戴电子设备等产品的核心基材，其力学性能——特别是回弹强度和回弹强度保持系数——直接关系到产品的弯折寿命、结构稳定性和使用安全性。国际电工委员会（IEC）于2022年2月3日正式发布了IEC61189-2-501:2022标准，该标准隶属于IEC61189-2系列试验方法标准体系，专门针对互连结构材料中柔性电介质材料的回弹性能测试提供了统一的试验方法和评价准则。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、编制过程和预期效益，重点分析了标准中回弹强度与回弹强度保持系数的测试原理、试验装置要求、试样制备规范及数据处理方法。报告指出，该标准的发布填补了柔性电介质材料回弹性能国际测试方法标准的空白，对于统一全球柔性电子材料性能评价体系、促进柔性电子产业链的良性发展具有重要的技术支撑和规范引领作用。标准的实施将有效推动我国柔性电子材料及印制电路行业的技术升级和国际竞争力提升。关键词：柔性电介质材料；回弹强度；回弹强度保持系数；IEC61189-2-501；互连结构；试验方法；印制电路板Keywords:flexibledielectricmaterials;resiliencestrength;resiliencestrengthretentionfactor;IEC61189-2-501;interconnectionstructures;testmethods;printedcircuitboards一、引言1.1标准立项背景近年来，以第五代移动通信（5G）、物联网（IoT）、人工智能（AI）和可穿戴设备为代表的新一代信息技术产业蓬勃发展，对电子产品的形态和性能提出了更高要求。柔性印制电路板（FlexiblePrintedCircuit,FPC）因其优异的可弯折性、轻量化和高密布线能力，在智能手机、平板电脑、医疗电子、汽车电子及航空航天等领域获得了广泛应用。与此同时，随着折叠屏手机、柔性传感器、电子皮肤等新兴产品的不断涌现，柔性电介质材料的使用环境日趋复杂，对其力学可靠性——特别是反复弯折条件下的回弹性能——提出了更为严苛的指标要求。回弹强度（ResilienceStrength）是表征柔性电介质材料抵抗弯曲变形后恢复原状能力的关键力学参数，而回弹强度保持系数（ResilienceStrengthRetentionFactor）则反映了材料在经历环境老化或多次弯折循环后保持其初始回弹性能的能力。这两个参数对于评估柔性印制电路板在动态弯折工况下的使用寿命和可靠性至关重要。然而，在IEC61189-2-501:2022发布之前，国际上尚缺乏专门针对柔性电介质材料回弹性能的统一测试方法标准。各生产企业、检测机构和用户单位往往采用自行制定的试验规程或参照其他材料的标准进行测试，导致测试结果可比性差，严重影响了产品质量评价和国际贸易技术交流。因此，制定统一的国际标准成为产业界的迫切需求。1.2标准制定的必要性第一，柔性电子产业的快速发展亟需统一的性能评价基准。根据市场研究机构IDTechEx的数据，全球柔性电子市场规模预计到2030年将超过300亿美元，年均复合增长率保持在10%以上。产业规模的持续扩大必然要求建立与国际接轨的材料性能评价标准体系。第二，现行相关标准对回弹性能测试的覆盖存在空白。虽然IEC61189-2系列标准已涵盖多种互连结构材料的电性能和物理性能测试方法，但针对柔性电介质材料回弹强度及其保持系数的专项测试方法尚属空白，无法满足行业对材料弯折可靠性的评估需求。第三，国际贸易和技术交流需要统一的测试依据。柔性电介质材料的进出口贸易和跨国技术合作中，供需双方需要一个公认的、可重复的试验方法来评价材料的回弹性能，以保障产品质量和贸易公平。二、标准编制概况2.1标准基本信息IEC61189-2-501:2022《电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法第2-501部分：互连结构材料的试验方法柔性电介质材料的回弹强度和回弹强度保持系数的测量》由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）发布，发布日期为2022年2月3日，标准状态为现行有效。该标准英文版和法文版均为官方正式版本，技术内容完全等同。2.2标准体系定位IEC61189系列标准是电气材料、印制板和其他互连结构及组件试验方法的基础性标准，由IECTC91（电子装配技术委员会）归口管理。该系列标准采用分部分结构，其中第2部分（Part2）聚焦于互连结构材料的试验方法，IEC61189-2-501则是第2部分框架下专门针对柔性电介质材料回弹性能测试的子标准。该标准与IEC61189-2系列中其他材料试验方法标准（如热性能测试、电气性能测试、力学性能测试等）共同构成了完整的互连结构材料性能评价体系。2.3标准编制历程该标准由IECTC91下设的工作组负责起草，编制过程历时约两年，经历了标准提案（NP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准最终草案（FDIS）等阶段。在标准编制过程中，来自中国、美国、日本、德国、韩国等主要电子制造国家的专家积极参与，充分反映了全球柔性电子产业的技术需求和实践经验。2022年2月3日，该标准经IEC成员国投票通过后正式发布。三、标准主要技术内容3.1适用范围该标准适用于柔性电介质材料——包括聚酰亚胺（PI）薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）薄膜、液晶聚合物（LCP）薄膜、改性聚酰亚胺及其他柔性介电薄膜材料——回弹强度和回弹强度保持系数的测量。标准所定义的试验方法适用于厚度通常在12.5μm至125μm范围内的柔性电介质薄膜材料，但也可用于其他厚度规格的材料，前提是试验装置的能力满足测试要求。3.2术语和定义标准中对以下关键术语给出了明确定义：（1）回弹强度（ResilienceStrength）：在规定的试验条件下，将柔性电介质材料试样弯曲至规定曲率半径并释放后，材料单位宽度所承受的抵抗弯曲的力，表征材料抵抗永久变形的能力，单位为牛顿每毫米（N/mm）。（2）回弹强度保持系数（ResilienceStrengthRetentionFactor）：试样经规定的环境条件处理（如高温高湿老化、热循环等）或规定次数的重复弯折循环后，其回弹强度与初始回弹强度的比值，以百分数（%）表示。该系数反映了材料在实际使用环境中回弹性能的稳定性。（3）弯曲曲率半径（BendingRadius）：试样在弯曲试验中其中性层所在圆弧的曲率半径，单位为毫米（mm）。3.3试验原理回弹强度测定的基本原理是：将规定尺寸的矩形条状试样一端固定于夹持装置上，另一端与弯曲压头接触，使试样在压头作用下弯曲至预设的曲率半径；保持一定时间后卸载，使试样自由回弹；通过测力传感器记录弯曲过程中试样产生的最大弯曲力矩，并据此计算回弹强度。回弹强度保持系数的测定则是将试样经过规定条件的老化处理或重复弯折试验后，再次测定其回弹强度，与初始回弹强度比较，以百分比表示。3.4试验装置要求标准对试验装置提出了明确的技术要求：（1）弯曲试验机：应能够以规定的恒定速率对试样施加弯曲载荷，弯曲行程可精确控制，弯曲速度可调范围为1~500mm/min，精度不低于±0.5%。（2）夹持装置：用于固定试样的一端，应确保试样在试验过程中不发生滑移或偏转，夹持力大小可控且对试样不产生附加损伤。（3）弯曲压头：采用圆柱面压头，压头半径可选范围为0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm等系列规格，压头表面粗糙度Ra≤0.4μm，材料硬度不低于60HRC。（4）测力传感器：量程应与试样预期回弹强度相匹配，测量精度不低于±0.5%满量程，采样频率不低于100Hz。（5）环境控制装置：如进行环境条件试验，应配备可精确控制温度（精度±1℃）和相对湿度（精度±2%RH）的环境试验箱。3.5试样制备与条件处理标准规定了试样的尺寸、取样方向和数量。标准试样尺寸为：宽度（15±0.5）mm，长度（100±1）mm。取样时，应分别沿材料的纵向（MD）和横向（TD）各取不少于5个试样，取样的代表性应能覆盖整个材料的宽度范围。试样应平整、无折痕、无划伤、无污染，边缘应光滑无毛刺。试样在测试前应在标准大气条件（温度23℃±2℃，相对湿度50%±5%RH）下进行不少于24小时的状态调节。对于需要进行老化试验的试样，应根据产品使用要求选择适当的环境条件，如高温老化（例如85℃或125℃）、湿热老化（如85℃/85%RH）、热循环（如-40℃~+85℃）等，老化时间可根据需要选择24h、48h、96h、168h、500h等系列周期。3.6试验程序回弹强度的测试程序如下：（1）将经过状态调节的试样一端牢固夹持于夹持装置中，试样中心线与压头轴线垂直；（2）调整弯曲压头位置，使压头与试样自由端接触，并保证试样初始处于平直状态；（3）启动试验机，以规定的弯曲速率（如100mm/min）使压头向试样施力，将试样弯曲至预设曲率半径；（4）在最大弯曲位置保持规定时间（如5s）后，以相同速率卸载，使压头退回原位；（5）采用测力传感器连续记录弯曲加载过程中的力-位移曲线，读取最大弯曲力值F_max；（6）计算回弹强度值。回弹强度保持系数的测试，则需先按上述方法测定试样的初始回弹强度，然后将试样进行规定的环境条件处理或重复弯折循环处理后，再次测定其回弹强度，并按下式计算保持系数：回弹强度保持系数（%）=（老化后回弹强度÷初始回弹强度）×100%3.7结果计算与表示回弹强度Rs按下式计算：Rs=F_max×L/(b×t²)式中：-F_max——最大弯曲力，单位为牛顿（N）；-L——弯曲力臂长度（即夹持端到压头接触点的距离），单位为毫米（mm）；-b——试样宽度，单位为毫米（mm）；-t——试样厚度，单位为毫米（mm）。试验结果应报告试样纵向和横向的试验数据，包括最大值、最小值、平均值和变异系数（CV值），并注明试验条件（曲率半径、弯曲速率、环境条件等）。回弹强度保留到小数点后两位，回弹强度保持系数保留到整数位。四、标准的主要技术特点和创新点4.1建立了统一、规范的柔性电介质材料回弹性能测试方法该标准首次在国际层面统一了柔性电介质材料回弹强度和回弹强度保持系数的测试条件和评价方法，解决了此前各机构和企业因测试方法不一而导致的数据不可比的突出问题。标准的发布为全球范围内柔性电介质材料的产品质量评价提供了统一的技术标尺。4.2综合考虑了多种影响因素标准充分考虑了材料厚度、弯曲曲率半径、弯曲速率、环境条件等多种因素对回弹性能测试结果的影响，提出了标准化的测试参数选择和条件控制要求，保证了测试结果的科学性、准确性和可重复性。同时，标准还引入了回弹强度保持系数的概念，对材料在不同环境下的性能衰减规律进行了量化评价，更加全面地反映了材料的实际使用性能。4.3兼顾了方法先进性和可操作性在方法设计上既借鉴了材料力学性能测试领域的最新研究成果，又充分考虑了行业实验室的常规设备条件，确保方法具有适用性和可操作性。标准推荐的试验参数范围既顾及了不同柔性材料的产品差异，又保证了测试结果的可比性和稳定性，便于各国实验室推广应用。4.4标准体系协调一致该标准在制定过程中充分考虑了与IEC61189系列其他标准以及ISO、IPC等相关国际标准的技术协调性，在术语定义、试样条件处理、数据记录与报告格式等方面尽可能保持一致，有利于建立统一完善的柔性电子材料试验方法体系。五、标准涉及的主要企事业单位5.1标准制定归口组织IECTC91（电子装配技术委员会）是IEC内部负责电子装配技术标准化的技术委员会，其工作范围涵盖印制电路板、电子组件、互连结构及相关材料的设计、制造、试验和质量管理。TC91成立于1969年，秘书处设在日本东京工业标准调查会（JISC），目前有来自全球30余个国家的正式成员和观察成员参与。TC91下设多个工作组（WG），其中负责IEC61189-2-501制定的WG4工作组专门致力于互连结构材料的试验方法标准化工作。该工作组汇集了来自全球主要电子材料制造商、检测机构、科研院所和终端用户的资深技术专家，在材料测试方法的开发和验证方面拥有丰富的经验。5.2标准国内主要参与单位全国印制电路标准化技术委员会（SAC/TC47）对口IECTC91，组织国内相关单位和专家积极参与了IEC61189-2-501标准的制定工作。中国作为全球最大的印制电路板和电子材料生产基地，拥有众多具有国际影响力的柔性电介质材料生产企业和研究机构。在国内标准化技术委员会的统筹协调下，我国相关专家积极提交了多项技术提案和试验数据，为标准的制定贡献了中国经验和技术智慧。5.3标准涉及的主要企事业单位举例广东生益科技股份有限公司是国内外知名的覆铜板及粘结片制造商，该公司建有国家级企业技术中心和CNAS认可实验室，在柔性覆铜板用介质材料的研发和性能测试方面积累了丰富的技术经验。公司相关技术人员参与了该标准的试验验证工作，通过大量的比对试验数据验证了标准方法的可靠性和可行性。此外，深南电路股份有限公司、珠海方正科技多层电路板有限公司等印制电路板制造企业，以及中国电子科技集团公司第十五研究所、工业和信息化部电子第五研究所等检测机构也在标准的制定和试验验证工作中发挥了积极作用。六、标准实施的意义与展望6.1对行业发展的推动作用IEC61189-2-501:2022标准的发布与实施，对于推动全球柔性电子产业的健康有序发展具有重要意义。首先，统一、规范的试验方法为柔性电介质材料的生产企业提供了明确的产品质量控制手段，有助于企业改进生产工艺、提升产品一致性；其次，客观、科学的性能评价方法为下游用户的材料选型和供应商评定提供了可靠的技术依据，有助于优化产业链的供需匹配；第三，标准的国际性属性使中国企业在参与国际市场竞争时拥有了更加公平的技术平台，有利于促进我国柔性电子材料产品的出口贸易和国际技术合作。6.2对相关标准体系的完善该标准的发布填补了IEC61189-2系列标准中关于柔性材料回弹性能测试方法的空白，使互连结构材料的力学性能试验方法体系更加系统和完整。今后，随着柔性电子技术的不断进步和新材料体系的持续涌现，回弹性能相关的测试方法标准还将进一步扩展和细化，例如针对超薄柔性玻璃、柔性陶瓷等新型材料的相关标准正在规划之中。6.3对技术进步的促进该标准的实施将引导企业更加重视柔性电介质材料的回弹性能研究和改进，推动高性能柔性基材的研发和产业化进程。同时，标准的实施也将带动相关检测仪器设备的升级换代，促进试验机制造企业开发更高精度、更智能化的弯曲试验系统。6.4后续工作展望七、结论IEC61189-2-501:2022《电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法第2-501部分：互连结构材料的试验方法柔性电介质材料的回弹强度和回弹强度保持系数的测量》是国际电工委员会发布的关于柔性电介质材料回弹性能测试方法的重要国际标准。该标准系统地规定了柔性电介质材料回弹强度和回弹强度保持系数的术语定义、试验原理、试验装置、试样制备、试验程序和结果计算等全流程技术要求，建立了全球统一的柔性电介质材料回弹性能评价方法。标准的发布填补了该领域国际标准的空白，对