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摘要关键词：印刷电子；光子烧结；温度测量；标准制定；IEC；柔性电子；工艺控制Keywords:PrintedElectronics;PhotonicSintering;TemperatureMeasurement;Standardization;IEC;FlexibleElectronics;ProcessControl1.引言1.1印刷电子产业发展背景印刷电子（PrintedElectronics）是指利用印刷工艺制造电子器件和电路的技术体系，其核心特征在于采用溶液化或浆料化功能材料，通过喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷等方式在柔性或刚性基材上构建导电线路、半导体器件及功能结构。与传统硅基微电子制造工艺相比，印刷电子具有大面积、低成本、柔性化、绿色制造等突出优势，被视为下一代电子制造技术的重要发展方向。近年来，全球印刷电子市场规模持续扩大。根据相关行业研究数据，2023年全球印刷电子市场规模已超过百亿美元级别，预计未来五年内将保持两位数的高速增长态势。在应用层面，印刷电子技术已逐步渗透至柔性显示、智能标签、可穿戴健康监测、柔性电池、智能包装、物联网传感器等众多领域，成为推动智能制造与数字经济深度融合的关键使能技术之一。1.2光子烧结技术的兴起与挑战在印刷电子制造流程中，烧结（Sintering）是决定导电功能层性能的核心工序。传统热烧结方式通常需要在较高温度下（150℃~300℃以上）进行较长时间加热，这不仅限制了不耐高温的柔性基材（如聚合物薄膜、纸张等）的使用，而且容易导致基材热变形和功能层性能退化。光子烧结（PhotonicSintering）技术应运而生。该技术利用高强度脉冲光源（如氙闪光灯）在极短时间（微秒至毫秒级）内对印刷功能层进行辐照，通过光热转换实现导电纳米颗粒的选择性烧结。其核心技术优势包括：（1）瞬时高温使烧结区域快速致密化，而基材整体温升非常有限；（2）可在室温环境下操作，兼容多种热敏基材；（3）处理速度快，适合卷对卷（Roll-to-Roll）连续化生产；（4）能量利用率高，绿色环保。然而，光子烧结过程的瞬态性和非平衡特性给温度测量带来了巨大挑战。在极短的脉冲时间内，烧结层的温度可能迅速升至数百摄氏度，同时基材温度基本保持在室温附近，这种剧烈的温度空间梯度和时间梯度使得传统接触式测温方式（如热电偶、热电阻）无法适用。此外，光子烧结温度直接影响烧结质量——温度不足会导致纳米颗粒未充分融合、导电性不达标；温度过高则可能导致基材损伤或功能层烧蚀。因此，精确、可重复的温度测量方法成为光子烧结技术产业化的关键共性技术需求。1.3标准制定的必要性与紧迫性在上述背景下，国际电工委员会认识到制定光子烧结系统温度测量方法国际标准的迫切性。具体而言，标准制定工作的必要性体现在以下几个方面：第一，统一检测与评价基准的需求。当前不同制造商的光子烧结设备在温度测量原理、标定方法、数据表达方式等方面存在显著差异，导致用户难以横向比较设备性能，工艺参数难以在不同设备间有效传递和复制。第二，推动产业健康发展的需求。作为新兴技术，光子烧结产业化正处于关键导入期。没有统一的温度测量标准，将难以建立设备认证和工艺验收的客观依据，制约产业链上下游的协同配合。第三，促进国际贸易与技术合作的需求。随着印刷电子产业全球化布局的深入，各国设备制造商和使用者急需统一的技术语言和评价准则，以降低国际贸易壁垒和技术交流障碍。第四，应对IEC标准体系建设的整体要求。IECTC119（印刷电子标准化技术委员会）已就印刷电子的术语、材料、可靠性等方面发布多项标准，唯独缺乏关于光子烧结设备检测方法的标准。本标准的制定将填补这一空白，使IEC印刷电子标准体系更加完善。2.标准概况与立项过程2.1标准基本信息本标准编号为IECTR62899-304-1:2023，标准全称为《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》（Printedelectronics–Part304-1:Equipment–Sintering–Temperaturemeasurementmethodforphotonicsinteringsystem），由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）正式发布于2023年12月6日，标准状态为“现行”（Active）。该标准属于IECTC119（印刷电子技术委员会）归口管理的技术报告（TechnicalReport,TR）类文件。作为IEC62899系列标准的重要组成部分，本标准归类于“设备”（Equipment）—“烧结”（Sintering）子领域，主要聚焦于光子烧结系统中关键的检测技术——温度测量方法。IECTR62899-304-1:2023的发布，体现了IEC对印刷电子产业链中关键制造装备检测技术的高度重视，也标志着印刷电子标准化工作正在从基础材料与通用方法向细分工艺与专用装备方向深入推进。2.2标准制定背景与组织过程本标准由IECTC119（PrintedElectronics）技术委员会归口制定。IECTC119成立于2011年，其工作范围涵盖印刷电子领域的标准化工作，包括术语定义、材料性能测试方法、设备要求、工艺规范及产品可靠性评估等。TC119下设多个工作组（WorkingGroup,WG），本标准的具体制定工作由负责设备与工艺相关标准的工作组承担。标准制定工作于2018年底正式启动。在该阶段，工作组成员针对光子烧结技术发展现状、温度测量技术路线、各国产业界的需求进行了充分调研和论证。制定的关键节点包括：-2018年11月：在IECTC119全体会议上正式提出新工作项目建议（NP提案）；-2019年4月：NP提案通过投票，正式立项（Project:IECTR62899-304-1）；-2019年至2022年：工作组召开多次国际会议及网络工作会议，就温度测量方法的技术方案进行深入研讨和实验验证；-2022年10月：完成委员会草案（CD）并分发至各成员国征求意见；-2023年3月：完成最终草案（FDTS）并提交各成员国投票；-2023年10月：投票通过；-2023年12月6日：标准正式出版发布。在标准制定过程中，来自中国、日本、韩国、德国、美国、荷兰等印刷电子产业发达国家的专家积极参与，贡献了大量有价值的实验数据和工程经验。中国作为印刷电子技术研究和产业化的重要力量，在标准制定中发挥了建设性作用，多家中国科研机构和企事业深度参与了相关技术方案的论证工作。2.3标准结构与主要内容IECTR62899-304-1:2023主要包含以下几个方面的技术内容：（1）范围界定。标准明确规定了光子烧结系统中温度测量的通用方法，适用于采用脉冲光源进行光辐照烧结的设备，覆盖在线测量和离线测量两种应用场景。标准适用于以金属纳米颗粒油墨（如银、铜等）为主要烧结对象的光子烧结系统，但也为其他类型功能材料的烧结温度测量提供了参考方法框架。（2）规范性引用文件。标准引用了IEC62899系列其他部分的相关术语和测试方法标准，以及ISO/IEC导则中关于测量不确定度的评定规范。（3）术语和定义。标准对光子烧结、脉冲光源、辐照度、温度测量、测量不确定度等关键术语进行了统一定义，为后续技术内容的准确表述奠定了基础。（4）温度测量方法分类与操作规范。这是标准的核心内容部分。标准系统梳理了适用于光子烧结温度测量的多种技术路径，包括但不限于：辐射测温法（红外测温）、热成像法（红外热像仪）、薄膜热电偶法、荧光测温法（热敏荧光粉）等。对于每种测量方法，标准均给出了详细的测量原理说明、设备要求、安装与布局规范、数据采集与处理方法以及适用条件和限制。（5）标定与不确定度评估。标准规定了温度测量系统的标定方法和周期，并给出了测量不确定度评估的推荐方法。这对于保证测温结果的可靠性和可比性至关重要。（6）测量报告要求。标准规定了温度测量记录和报告应包含的信息要素，包括测量条件、设备配置、标定状态、测量数据、不确定度分析等，以利于测量结果的追溯和比对。值得注意的是，考虑到不同材料体系和工艺条件下光子烧结行为的复杂性，标准在统一规范的同时也保持了适当的技术开放性，允许使用在特定条件下经过验证的其他温度测量方法，但要求提供充分的验证数据和不确定度评估。3.温度测量关键技术分析3.1光子烧结温度测量的特殊性与技术挑战光子烧结过程中的温度测量面临独特的技术挑战，主要体现在以下维度：时间维度上的瞬态性。典型光子烧结脉冲宽度处于微秒至毫秒量级，温度急剧上升和下降的速率可达10⁵K/s以上。如此快速的热过程对温度传感器的响应时间提出了极为苛刻的要求——一般接触式传感器（如热电偶）的响应时间在毫秒至秒量级，难以真实捕捉瞬态温度峰值。空间维度上的梯度性。光子烧结中光能的选择性吸收导致烧结层与基材之间存在显著温度差。在典型工艺条件下，烧结层表面温度可达数百摄氏度，而基材温度可能仅升高几十摄氏度。这种巨大的空间温度梯度使得单点测量难以代表整个烧结区域的热状态。光学环境的干扰性。光子烧结光源本身是高强度的宽光谱光源，其强光辐射会对基于辐射原理的温度测量方法（如红外测温、热成像）产生严重干扰。如何区分烧结体的热辐射信号和光源的反射/散射信号，是辐射测温法在光子烧结中应用的核心难点。材料体系的多样性。不同功能材料（纳米银、纳米铜、碳纳米管、导电聚合物等）对光的吸收、热传导和热辐射特性差异巨大，导致温度测量方法和参数设置需要针对不同材料进行优化和标定。3.2标准推荐的主要测量方法针对上述技术挑战，IECTR62899-304-1:2023系统梳理并推荐了以下几种主要温度测量方法：辐射测温法（RadiationThermometry）。该方法通过检测被测物体表面发射的热辐射来反推温度。在光子烧结应用中，由于被测表面温度高、响应快，辐射测温法具备非接触、响应速度快（可达微秒级）的突出优势。标准详细规定了辐射测温系统的光谱带宽选择、发射率设定方法、光学系统的对焦要求以及强光干扰的抑制技术（如采用窄带滤波、同步门控等）。高速红外热成像法（High-speedInfraredThermography）。热像仪能够提供烧结区域的二维温度分布信息，对于研究烧结均匀性和工艺优化具有重要价值。近年来，高速红外热像仪的时间分辨率已可达到微秒级，为光子烧结过程的可视化提供了有力工具。标准规定了热像仪的空间分辨率、帧频、温度分辨率等基本性能要求，以及标定和图像处理的方法。薄膜热电偶法（Thin-filmThermocouple）。薄膜热电偶通过在基材上直接沉积热电偶薄膜，实现紧贴烧结区域的高响应温度测量。其优点是与被测表面紧密接触、热质量极小、响应速度较高（可达微秒级）。标准规定了薄膜热电偶的材料选择、沉积方法、几何尺寸以及安装方式。荧光测温法（FluorescenceThermometry）。利用某些荧光材料的荧光寿命或强度与温度的相关性，通过光学激发和检测实现温度测量。该方法具有不受电磁干扰、可在有光环境下使用等优点，适合作为辐射法的补充手段。标准对荧光材料的选用、激发与检测光路布局以及数据处理方法进行了说明。3.3测量不确定度与标定要求标准对温度测量的不确定度评定给予了充分关注。测量不确定度的主要来源包括：传感器/系统的标定误差、发射率（或辐射系数）取值不确定性、光学路径干扰、数据采样误差、环境条件波动等。标准给出了不确定度评定的一般流程和方法，要求测量报告中明确标注扩展不确定度及包含因子。在标定方面，标准规定温度测量系统应定期（建议不超过12个月）使用可追溯的标准辐射源或标准温度计进行标定，并规定了标定记录的保存要求。对于在高温或强光环境下使用的传感器，应提供额外的耐久性验证数据。4.标准制定的主要参与单位与贡献4.1参与单位概况IECTR62899-304-1:2023标准的制定汇聚了全球印刷电子领域众多知名研究机构和企业专家的智慧与力量。主要包括（但不限于）：日本产业技术综合研究所（AIST）、德国夫琅禾费研究所（Fraunhofer）、荷兰霍尔斯特研究中心（HolstCentre）、美国NovaCentrix公司、韩国釜山大学，以及中国的多家科研单位和企业。各方在标准制定中分别承担了不同的技术任务。4.2重点参与单位详细介绍：国家印刷电子产品质量检验检测中心以下重点介绍标准制定工作中发挥积极作用的中国参与单位之一——国家印刷电子产品质量检验检测中心（以下简称“中心”）。基本情况。中心依托中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所建设，是经国家认证认可监督管理委员会批准设立的国家级检验检测机构，也是国内印刷电子领域唯一集标准制定、质量检测、工艺评价和人才培养于一体的综合性技术平台。中心设有标准化工作委员会和多个专业检测实验室，在印刷电子材料、工艺和装备的评价技术方面具有深厚积累。在本标准制定中的主要贡献。中心自2019年项目立项起，全程深度参与了IECTR62899-304-1:2023的制定工作，主要贡献包括：（1）基础实验数据支撑。中心基于具有自主知识产权的光子烧结实验平台，系统开展了辐射测温法、薄膜热电偶法等多种测温方法在纳米银、纳米铜等典型体系中的适用性验证实验，积累了在不同工艺参数条件下的大量测温对比数据，为多种测量方法在标准中的定位和边界条件设定提供了有力的实证依据。（2）测量方法的协同验证。中心作为第三方检测机构，独立开展了多种温度测量方法的比对测试，重点评估了辐射测温法在强光干扰下的测量精度和薄膜热电偶的响应特性，并提出了一种基于时间门控的辐射信号提取改进方案，相关试验结果为标准中干扰抑制方法的确立提供了重要参照。（3）标准文本编制与审校。中心作为中国IECTC119国内技术对口单位核心成员，多次组织国内相关单位和专家对标准草案进行研讨和意见反馈，围绕测量不确定度评估方法等关键内容开展了多轮国内外专家沟通，为标准技术内容的完善做出了建设性贡献。通过参与本标准的制定，中心进一步提升了自身的国际影响力和标准话语权，也为中国印刷电子产业的国际化发展赢得了更有利的标准环境。5.标准的影响与应用前景5.1对产业发展的推动作用IECTR62899-304-1:2023的发布对印刷电子产业的影响将是多层次和长远的。对设备制造商而言，标准提供了产品研发和生产中温度测量系统设计与验证的技术依据，有利于规范产品性能指标的表达方式，提升产品质量的一致性和竞争力。设备制造商可按照标准要求提供温度测量的标定数据和不确定度评估结果，增强用户对产品的信任度。对工艺开发者而言，标准提供了一种统一的方法论，使不同实验室、不同设备上获得的温度测量数据具有可比性和可传递性。这将显著降低工艺从研发到量产的转化周期的技术风险，加速新材料和新工艺的商业化进程。对终端用户而言，标准有助于用户更科学地评估和选择光子烧结设备，合理设定工艺参数并有效控制