IEC TR 62899-2502025 印刷电子设备第250部分可穿戴智能设备印刷电子设备所需的材料技术标准立项发展报告

印刷电子设备第250部分：可穿戴智能设备印刷电子设备所需的材料技术标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PrintedElectronics-Part250:MaterialTechnologiesRequiredinPrintedElectronicsforWearableSmartDevices摘要随着可穿戴智能设备在医疗健康、运动监测、人机交互等领域的广泛应用，传统刚性电子制造工艺已难以满足设备在柔性化、轻量化、生物兼容性等方面的迫切需求。印刷电子技术以其大面积、低成本、柔性化制造的优势，成为可穿戴智能设备制造的关键技术路径。然而，材料体系的复杂性与缺乏统一技术规范之间的矛盾，严重制约了该领域的产业化进程。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2025年3月5日正式发布IECTR62899-250:2025技术报告，系统梳理了可穿戴智能设备印刷电子制造所涉及的导电油墨、介电材料、半导体油墨、柔性基板及封装材料等核心技术要求。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心技术框架及产业影响进行系统分析。研究表明，该标准的发布填补了国际可穿戴印刷电子材料领域顶层技术规范空白，构建了涵盖材料分类、性能指标体系、测试验证方法和环境适应性要求的完整技术框架，为全球范围内可穿戴印刷电子产品的设计开发、材料选型、质量管控和国际贸易提供了权威依据，对推动印刷电子技术在可穿戴领域的规模化应用和产业链协同发展具有重要引领意义。关键词：印刷电子；可穿戴设备；材料技术；国际电工委员会；技术报告；标准化；柔性电子Keywords:PrintedElectronics;WearableDevices;MaterialTechnologies;InternationalElectrotechnicalCommission;TechnicalReport;Standardization;FlexibleElectronics1引言1.1研究背景可穿戴智能设备作为物联网时代的重要终端形态，正以惊人的速度深入人们的生活。根据国际数据公司（IDC）的市场监测数据，全球可穿戴设备出货量已连续多年保持两位数增长态势，智能手表、智能手环、智能服装、电子纹身、柔性显示屏等产品形态不断丰富。与此同时，可穿戴设备的应用场景正从基础的计步、心率监测向医疗级健康监测、柔性交互界面、能量收集与管理等高端领域快速拓展[1]。在这一发展进程中，电子制造技术面临根本性变革的需求。传统基于硅基半导体的刚性电子制造工艺，在弯折、拉伸、贴合人体曲面等可穿戴应用场景中表现出明显的局限性。印刷电子技术（PrintedElectronics）凭借其增材制造、柔性化、大面积、高效率、低成本的独特优势，被视为可穿戴智能设备最具前景的制造技术路线之一[2]。该技术通过喷墨打印、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷等工艺，将功能性电子油墨沉积于柔性基板之上，形成导电线路、电极、传感器、晶体管等电子元器件与功能结构。然而，印刷电子在可穿戴领域的产业化进程面临一个关键瓶颈——材料体系的规范缺失。导电油墨、半导体油墨、介电材料的配方设计、性能参数、可靠性要求因供应商和工艺路线不同而存在显著差异，导致产品在设计阶段缺乏统一的材料选型依据，在制造阶段缺乏一致的工艺窗口参考，在质量验收和国际贸易中缺乏权威的技术依据。这一标准化真空已成为制约产业规模化发展的核心障碍。1.2标准立项的必要性在上述背景下，IECTC119（印刷电子技术委员会）适时启动了IECTR62899-250的编制工作。该技术报告的立项必要性主要体现在以下方面：第一，填补国际标准空白。截至立项之初，国际层面尚无专门针对可穿戴智能设备印刷电子材料技术的系统性标准文件。IEC62899系列虽然涵盖了印刷电子的通用术语、打印工艺、设备要求等方面，但在面向可穿戴这一特定应用领域的材料技术层面存在明显空白。本标准作为该系列"Part250"，首次从可穿戴应用需求的视角对印刷电子材料体系进行系统性梳理和规范，具有开创性意义。第二，引导产业有序发展。可穿戴印刷电子涉及材料供应商、设备制造商、产品设计师和终端品牌商等多类主体。缺乏统一的技术参考将导致各主体之间沟通效率低下、适配成本高昂。建立权威的材料技术规范有助于形成产业链共识，降低协同创新成本。第三，服务国际贸易与质量监管。随着可穿戴印刷电子产品跨境贸易规模不断扩大，各国在材料安全、环保合规、质量性能等方面的要求日趋严格。国际标准为国际贸易提供了统一的技术语言和评价依据。2标准概况2.1标准基本信息IECTR62899-250:2025《印刷电子设备第250部分：可穿戴智能设备印刷电子设备所需的材料技术》（Printedelectronics-Part250:Materialtechnologiesrequiredinprintedelectronicsforwearablesmartdevices）是由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）下属的印刷电子技术委员会（IECTC119）组织制定并正式发布的技术报告（TechnicalReport,TR）。该标准的发布信息如表1所示。表1IECTR62899-250:2025基本概况|项目|内容||:---|:---||标准编号|IECTR62899-250:2025||英文名称|Printedelectronics-Part250:Materialtechnologiesrequiredinprintedelectronicsforwearablesmartdevices||中文名称|印刷电子设备第250部分：可穿戴智能设备印刷电子设备所需的材料技术||标准性质|技术报告（TechnicalReport）||发布机构|国际电工委员会（IEC）||技术委员会|IECTC119（印刷电子）||发布日期|2025年3月5日||标准状态|现行||国际分类|31.180（印制电路和印制电路板）；11.180.99（其他残障者辅助设备）||语言版本|英文||文件格式|电子版加密PDF|2.2标准编制历程IECTR62899-250的编制工作经历了严谨而系统的流程。IECTC119在前期工作中通过广泛的产业调研和需求分析，识别出可穿戴印刷电子材料标准化需求的紧迫性。在完成新工作项目提案（NewWorkItemProposal,NWIP）论证后，该标准项目正式立项并成立专项工作组（WorkingGroup）。编制过程中，工作组广泛吸纳了来自中国、德国、日本、韩国、美国、荷兰等主要印刷电子技术研发和产业应用国家的专家意见，经历了委员会草案（CD）、询问草案（CDV）或技术报告草案（DTR）、最终草案（FDTR）等各阶段的技术评审与投票程序[3]。各成员国国家委员会对技术报告的内容完整性、技术准确性以及产业适用性进行了严格审议，最终于2025年第一季度顺利通过终稿投票并正式出版发布。2.3标准定位与技术属性值得注意的是，本标准以"技术报告"（TR）而非"国际标准"（IS）的形式发布，这反映了标准制定机构对该领域技术快速演进的深刻理解。技术报告旨在提供特定技术领域的信息、指导和参考建议，其约束力较正式国际标准更为灵活，能够在保持权威性的同时为后续技术迭代和标准升级预留空间。这一属性使得IECTR62899-250既可以作为当前产业实践的权威技术指南，又不至于因过早固化技术要求而束缚技术创新。在IEC62899系列标准体系中，本标准的编号"Part250"具有明确的结构定位——其隶属于"印刷电子设备"总框架下的专题技术报告子系列。该系列中不同部分分别涵盖术语定义（Part1xx系列）、工艺方法（Part2xx系列）、设备要求（Part3xx系列）和测试方法（Part4xx系列）等维度，本标准的编号和内容布局与这一系统架构相衔接，形成了从术语到工艺、从材料到测试的闭环标准体系。3标准核心技术内容解析3.1可穿戴印刷电子的材料分类体系IECTR62899-250:2025首次从可穿戴智能设备应用的角度，对印刷电子所需材料建立了系统化的分类体系。该分类不仅考虑材料本身的化学组成和物理形态，还充分结合了可穿戴设备的特殊使用环境和功能需求，体现了"应用导向"的标准设计理念。标准将可穿戴印刷电子所需的材料划分为以下核心类别：（1）导电材料：包括银基纳米墨水、铜基导电墨水、碳纳米管/石墨烯导电浆料、导电聚合物（如PEDOT:PSS）以及液态金属合金等。标准对不同类型导电材料的电导率范围、印刷适性、弯折可靠性、耐腐蚀性能等关键参数进行了技术说明。（2）半导体材料：涵盖有机半导体材料（如并五苯类小分子、聚噻吩类聚合物）、金属氧化物半导体（如IGZO、ZnO）以及钙钛矿类新兴半导体材料。标准重点讨论了这些材料在印刷晶体管、传感器和逻辑电路中的应用要求和性能边界。（3）介电与绝缘材料：包括高介电常数聚合物介质材料、铁电聚合物以及有机-无机复合介电材料等。此类材料在印刷电容器、绝缘层和器件隔离结构中起关键作用。（4）柔性基板材料：涉及聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、热塑性聚氨酯（TPU）以及超薄柔性玻璃等。标准对基板的表面粗糙度、热稳定性、光学透明性、耐化学腐蚀性以及与功能油墨的匹配性提出了技术指导。（5）封装与防护材料：包括UV固化封装胶、阻隔膜材料、弹性封装材料等。考虑到可穿戴设备需经受汗液、水分、机械弯折和温度变化等多重环境应力，封装材料的阻隔性能（水蒸气透过率WVTR）和机械匹配性被列为关键技术指标。3.2面向可穿戴应用的材料性能指标体系IECTR62899-250:2025的一个突出贡献在于建立了面向可穿戴应用场景的材料性能指标体系。与通用印刷电子材料标准不同，本标准充分考虑了可穿戴设备"贴身佩戴、持续形变、生物接触"三大特殊属性，提出了多维度、分层的性能评价框架。（1）电学性能维度。标准对材料的电导率、载流子迁移率、介电常数、击穿强度等电学参数给出了参考范围，并特别强调了可拉伸条件下电学性能保持率这一关键评价指标。对于可拉伸导电材料，标准建议在20%-50%拉伸应变下的电阻变化率应保持在可接受范围内。（2）机械性能维度。针对可穿戴设备反复弯折、拉伸、扭曲的使用状态，标准系统定义了弯曲半径适应性、动态弯折疲劳寿命（循环次数）、拉伸弹性和应变回复率等机械性能指标。特别是对于贴附于人体关节部位（如手腕、肘部、膝部）的设备，标准建议材料应耐受数万次以上的动态弯折循环而不发生性能的显著劣化。（3）环境耐受性维度。可穿戴设备在使用中不可避免地接触汗水、水分、极端温度和紫外线辐射。标准对材料的耐湿性（相对湿度85%以上条件下168小时的性能稳定性）、耐汗液腐蚀性（模拟汗液浸泡测试）、耐高低温循环（-20℃至60℃区间）以及耐紫外老化等性能提出了技术要求。（4）生物相容性与安全性维度。鉴于可穿戴设备与人体皮肤长期直接接触，材料的生物相容性和安全性是不可忽视的核心指标。标准引入了细胞毒性评价（参照ISO10993系列）、皮肤致敏性评估（参照ISO10993-10）和有害物质限量（参照IEC62474）等要求，确保所用材料不会对人体健康造成危害。（5）印刷工艺适配性维度。材料的可印刷性直接决定了制造效率和良品率。标准关注了油墨的黏度范围、表面张力、固含量、干燥固化条件等工艺参数，以确保材料与喷墨打印、丝网印刷、凹版印刷等不同工艺平台的兼容性。3.3材料与印刷工艺的匹配性指导IECTR62899-250:2025提供了材料与印刷工艺之间匹配性的系统指导。不同印刷工艺对油墨材料有着截然不同的流变学要求：喷墨打印要求低黏度（通常5-20mPa·s）和精确的液滴形成控制；丝网印刷需要较高黏度（500-5000mPa·s）以保证油墨在网版上的稳定转移；凹版印刷则要求快速填充和释放的流变特征。标准针对不同工艺路线给出了材料选型和工艺参数调节的技术建议，帮助使用者根据具体的设备形态和产品需求，科学选择印刷方式与材料组合。此外，标准还讨论了热处理、光固化、激光烧结等后处理工艺与不同材料的兼容性问题。3.4标准框架体系IECTR62899-250:2025的技术内容框架主要涵盖以下章节：范围：明确标准适用于可穿戴智能设备印刷电子制造过程中所涉及的材料体系，包括导电材料、半导体材料、介电材料、基板材料和封装材料等。规范性引用文件：引用了IEC62899系列相关标准、ISO10993（生物相容性评价）、IEC62474（材料声明）以及IECTR62899-1-1（印刷电子术语）等关键标准文件，确保标准体系间的协调一致性。术语与定义：统一了可穿戴印刷电子材料领域的核心术语，为产业链各方提供了共同的技术语言。材料分类与关键技术要求：上述各类材料的技术特征、适用场景和关键性能参数的技术说明。性能评价方法：提出了针对可穿戴应用的材料性能评价方法和测试条件建议。环境与安全考量：覆盖了材料的环境友好性、有害物质限制和可持续发展方面的要求。4标准技术要点详解4.1导电材料的核心技术要求导电材料是可穿戴印刷电子中最基本的功能性材料。IECTR62899-250:2025对不同类型的导电材料提出了差异化的技术要求。金属基导电墨水是目前可穿戴印刷电子中应用最为广泛的导电材料体系。银基墨水因其优异的导电性（体电阻率可低至纯银的2-3倍以内）和稳定的化学性质而占据主导地位。标准对纳米银油墨的颗粒尺寸分布（通常要求在10-100nm范围）、固含量、烧结温度窗口以及烧结后的电阻率给出了技术指导。值得关注的是，标准对低温烧结型银墨水给予了特别关注——由于多数柔性基板（如PET、TPU）的耐受温度不超过150℃，传统的高温烧结工艺（>200℃）会损伤基板，因此低温烧结（<120℃）银墨水技术被视为可穿戴印刷电子的关键发展方向[4]。铜基导电墨水作为低成本的替代方案日益受到重视。标准报告指出铜墨水的核心挑战在于抗氧化性——铜纳米颗粒在空气中极易氧化形成绝缘的氧化铜层。针对这一问题，标准讨论了惰性气氛烧结、闪光烧结（photonicsintering）以及在铜颗粒表面包覆防氧化层等改进技术的应用现状与前景。碳基导电材料包括碳纳米管（CNT）和石墨烯。这类碳材料在印刷电子中的独特价值在于优异的机械柔韧性、良好的化学稳定性和天然的生物相容性。然而其电导率较金属材料仍有一定差距（典型方阻值在10-100Ω/sq级别），制约了在高导电需求场景中的应用。标准指出，碳基材料与银纳米线的混合体系是平衡导电性和柔韧性的有效路径之一。导电聚合物（如PEDOT:PSS）在透明导电电极和生物信号检测电极方面具有独特优势。标准讨论了PEDOT:PSS在提升导电性方面的后处理策略（如添加乙二醇、二甲基亚砜等二次掺杂剂）及其在离子-电子混合传导传感器中的应用前景。4.2柔性基板的选材原则基板作为可穿戴印刷电子的载体，其性能直接决定了器件的整体可靠性和使用寿命。IECTR62899-250:2025从可穿戴场景的工程需求出发，提出了系统化的基板选材原则。在耐温性方面，基板的玻璃化转变温度（Tg）和热变形温度需高于印刷后处理工艺温度。PET基板的Tg约为78℃，仅适用于低温工艺；PEN基板Tg约为120℃，可适应中等温度处理；PI基板Tg可超过300℃，可以承受大多数功能材料的烧结和固化温度。标准根据不同的工艺温度范围给出了相应的基板推荐建议。在表面性能方面，基板的表面粗糙度（Ra）、表面能和润湿性直接影响油墨的印刷质量和附着力。标准指出，对于喷