IEC 60068: Ein vollständiger Leitfaden für Umwelttests an elektronischen Bauteilen

IEC 60068 ist die internationale Referenznorm für Umweltprüfungen von elektronischen und elektromechanischen Bauteilenund Materialien, die unter wechselnden klimatischen Bedingungen eingesetzt werden sollen. Diese von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) herausgegebene Normenreihe definiert Prüfverfahren zur Bestimmung der Beständigkeit von Geräten und Bauteilen gegenüber extremen Temperaturen, Feuchtigkeit, Temperaturwechseln und anderen Umwelteinflüssen.

In diesem Leitfaden analysieren wir die wichtigsten Prüfungen der IEC 60068-Reihe, die erforderlichen Prüfbedingungen, die Industriesektoren, die sie anwenden, und die FDM-Umweltkammern, die für die Durchführung dieser Prüfungen mit höchster Präzision entwickelt wurden.

Was ist IEC 60068 und warum ist sie der Referenzstandard?

Die Normenreihe IEC 60068, offiziell „Umweltprüfungen“, ist eine Familie von Normen, die aus Dutzenden von Unterabschnitten besteht, die jeweils einer spezifischen Umweltprüfung gewidmet sind. Die Prüfungen werden durch Buchstaben (A für Kälte, B für Hitze, N für Temperaturwechsel usw.) und fortlaufende Nummern gekennzeichnet, die das jeweilige Verfahren angeben.

Es gibt viele Gründe, warum IEC 60068 zum Referenzstandard im Elektroniksektor geworden ist:

• Internationale Harmonisierung: Die Norm EN 60068 wurde in Europa übernommen und gewährleistet so die weltweite Vergleichbarkeit der Prüfungen.
• Umfassende Abdeckung: Von Temperatur bis Luftfeuchtigkeit, von Druck bis Vibration deckt die Serie alle relevanten Umweltbelastungen ab.
• Präzise Anforderungen: Jeder Unterabschnitt definiert Testbedingungen, Toleranzen, Dauer und Akzeptanzkriterien und beseitigt so Unklarheiten.
• Regulatorische Anerkennung: Es wird durch Industriestandards wie MIL-STD-810 für Verteidigung, JEDEC für Halbleiter und ISO 16750 für Automobile anerkannt.

Für Hersteller elektronischer Bauteile ist das Bestehen der IEC 60068-Prüfungen oft Voraussetzung für den Zugang zu internationalen Märkten und die Produktzertifizierung.

Die wichtigsten Prüfungen der IEC 60068-Reihe

Die Normenreihe IEC 60068 umfasst über 80 Unterteile. Im Folgenden analysieren wir die fünf am häufigsten geforderten Klimatests in der Elektronikindustrie – jene Tests, die jedes Qualifizierungslabor durchführen können muss.

IEC 60068-2-1 — Test A: Kalt

IEC 60068-2-1 definiert die Prüfverfahren für die Kältebeständigkeit und Funktionsfähigkeit von Bauteilen und Geräten .Die Norm umfasst drei Hauptvarianten:

• Ab (nicht-dissipative Kälte): Die Probe wird während des Tests nicht mit Strom versorgt. Die mechanische und strukturelle Festigkeit wird bei Temperaturen von -65 °C bis +5 °C bewertet.
• Anzeige (dissipative Kälte): Die Probe ist mit Strom versorgt und funktionsfähig. Der korrekte elektrische Betrieb bei niedrigen Temperaturen wurde überprüft.
• Ae (allmähliche Abkühlung): Die Temperatur wird kontrolliert gesenkt, um realweltliche Bedingungen zu simulieren.

Typische Bedingungen: Temperaturen von -65 °C bis +5 °C, Dauer von 2 bis 96 Stunden, abhängig von der geforderten Kälteintensität. Die Thermostatkammern der FDM T-PRO-Serie erreichen -70 °C und decken damit den gesamten vom Standard geforderten Bereich ab.

IEC 60068-2-2 — Test B: Trockene Hitze

Die Norm IEC 60068-2-2 prüft die Beständigkeit von Bauteilen und Materialien gegenüber hohen Temperaturen unter Bedingungen niedriger Luftfeuchtigkeit. Diese Prüfung umfasst sowohl dissipative als auch nicht-dissipative Varianten:

• Bb (nicht-dissipative Trockenwärme): Die Probe wird nicht mit Energie versorgt. Temperaturbereich: +30 °C bis +1000 °C, Dauer: 2 bis 1000 Stunden.
• Bd (dissipative Trockenwärme): Die Probe ist in Betrieb. Es wurde überprüft, dass die elektrischen Leistungsdaten innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegen.

Typische Bedingungen: Für elektronische Bauteile sind die gängigsten Temperaturen +85 °C, +125 °C und +155 °C. FDM-Klimakammern mit einem Temperaturbereich bis zu +180 °C decken die Anforderungen der meisten Qualifizierungstests ab.

IEC 60068-2-14 — Test N: Temperaturänderung (Thermische Zyklen)

IEC 60068-2-14 zählt zu den wichtigsten Prüfverfahren für elektronische Bauteile: Die Prüfkörper werden schnellen Temperaturwechseln , um Defekte aufgrund von thermischer Ermüdung, unterschiedlicher Materialausdehnung und Lötfehlern aufzudecken. Die Norm definiert drei Prüfmethoden:

• Na (Schnelltransfer): Die Probe wird schnell zwischen zwei Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen transferiert. Bei zwei Kammern sollte die Transferzeit 3 ​​Minuten nicht überschreiten; bei großen Proben sind längere Transferzeiten zulässig.
• Nb (kontrollierte Gradientenvariation): Die Temperatur in der Kammer ändert sich mit einer Rate von 1 bis 15 K/min. Die Probe verbleibt während des gesamten Zyklus in derselben Kammer.
• Nc (Flüssigkeitsbad): Die Probe wird abwechselnd in heiße und kalte Bäder eingetaucht, um einen maximalen Temperaturschock zu erzielen.

Typische Bedingungen: Zyklen zwischen -40 °C und +125 °C mit Aufheiz- und Abkühlraten von 5 bis 15 K/min, 100 bis 1000 Zyklen. Die FDM-Klimakammern der Serie C-BCXPRO bieten programmierbare Aufheiz- und Abkühlprofile mit mehreren Stufen, die sich ideal für diese Tests eignen.

IEC 60068-2-30 — Test Db: Zyklische Feuchtwärme

Die Norm IEC 60068-2-30 bewertet die Beständigkeit von Bauteilen gegen Kondensation und Feuchtigkeitseintritt mittels kontrollierter Temperatur- und Feuchtigkeitszyklen. Im Gegensatz zu stationären Prüfungen führen diese Zyklen zur Bildung und Resorption von Kondenswasser auf der Oberfläche der Prüfkörper.

Der Standardzyklus umfasst:

• Heißphase: Temperaturanstieg innerhalb von 3 Stunden auf 40 °C (bzw. 55 °C in der intensiven Variante) bei einer RHLuftfeuchtigkeit von mindestens 95 %, wobei sich Kondenswasser auf der Probe bildet; anschließend Aufrechterhaltung einer RH von 93 % für bis zu 12 Stunden ab Zyklusbeginn
• Kaltphase: Innerhalb von 3-6 Stunden auf 25 °C absenken und bis zum Ende von 24 Stunden bei 25 °C und einer RH Luftfeuchtigkeit von mindestens 95 % halten
• Anzahl der Zyklen: 2, 6, 12, 21 oder 56 bei 40 °C; 1, 2 oder 6 bei 55 °C (jeder Zyklus dauert 24 Stunden)

Dieser Test ist besonders relevant für Schutzbeschichtungen, Steckverbinder und Leiterplatten, die tropischen Umgebungen ausgesetzt sind. Für die korrekte Durchführung ist eine Klimakammer mit präziser Feuchtigkeitskontrolle und stufenlosen Temperaturübergängen erforderlich.

IEC 60068-2-78 — Kabinentest: Gleichmäßige feuchte Hitze

Gemäß IEC 60068-2-78 wird die Probe bei konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit ohne Kondensation gehalten: 30 °C oder 40 °C mit 85 % oder 93 % relativer Luftfeuchtigkeit, für einen Zeitraum von 12 Stunden bis 56 Tagen.

Der 85/85-Test (85 °C und 85 % RH, typischerweise 168 bis 1000 Stunden), einer der am weitesten verbreiteten Tests in der Halbleiter- und Leistungselektronikindustrie, ist die beschleunigte Version dieses Tests, gehört aber zu einer anderen Norm: dem Test Cy der IEC 60068-2-67 und, für Halbleiter, dem THB der JEDEC JESD22-A101.

Was geschieht:

• Beständigkeit gegen elektrochemische Korrosion
• Ionenmigration zwischen leitfähigen Spuren
• Verschlechterung der elektrischen Isolierung
• Ablösung von Verkapselungsmaterialien und Beschichtungen

Der 85/85-Test ist gemäß JEDEC (JESD22-A101), den Normen der Automobilindustrie (AEC-Q100/Q200) und den Photovoltaik-Normen (IEC 61215) vorgeschrieben. Die FDM-Kammern der C-PRO-Serie bieten die für diese Langzeittests erforderliche Temperatur- und Feuchtigkeitsstabilität mit Toleranzen, die den Normen entsprechen.

Sektoren, die IEC 60068 benötigen

Die Normenreihe IEC 60068 beschränkt sich nicht auf Unterhaltungselektronik. Hier sind die wichtigsten Industriezweige, die sie als Referenz für die Produktqualifizierung nutzen:

Wie FDM unterstützt es IEC 60068-Tests

FDM Environment Makers entwickelt und fertigt Klimaprüfkammern, die speziell für Prüfungen nach IEC 60068 konfiguriert sind. Jede Kammer ist hinsichtlich Temperaturbereich, Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und Feuchtigkeitsregelung individuell anpassbar, um den Bedürfnissen Ihres Labors gerecht zu werden.

Alle FDM-Kammern sind mit einer programmierbaren Steuerung mit mehrstufigen Profilen, kontinuierlicher Datenaufzeichnung und einer Fernschnittstelle ausgestattet. Für Labore, die die gesamte IEC-60068-Reihe benötigen, bietet FDM kundenspezifische Lösungen mit mehreren in ein gemeinsames Managementsystem integrierten Kammern an.

Erfahren Sie mehr: Entdecken Sie unsere Klimakammer zum Testen von Elektronikbatterien, entwickelt und hergestellt von FDM Environment Makers.

Weitere Informationen zu den einzelnen IEC 60068-Prüfungen

Entdecken Sie unsere detaillierten Leitfäden zu jedem Test der IEC 60068-Reihe:

• IEC 60068-2-1: Vollständiger Leitfaden für Kälteprüfungen
• IEC 60068-2-14: Temperaturwechselprüfung (Thermische Zyklen)
• IEC 60068-2-78 und Test 85/85: Bedingungen und Unterschiede

Autoritative Quellen und externe Links

Um mehr über die IEC 60068-Normenreihe und verwandte Normen für elektronische Umweltprüfungen zu erfahren:

• IEC Webstore — IEC 60068-Serie — Direkter Zugriff auf den offiziellen Teilekatalog der Serie 60068 im IEC Webstore.
• CENELEC – Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung, das IEC 60068 in EN-Normen umsetzt (z. B. EN 60068-2-1 für Kälteprüfungen).
• UL Solutions – Eine Zertifizierungsstelle, die akkreditierte IEC 60068-Konformitätsprüfungen an elektronischen Produkten durchführt, die für den nordamerikanischen und europäischen Markt bestimmt sind.
• CEI – Italienisches Elektrotechnisches Komitee – Setzt IEC 60068 als CEI EN 60068-Reihe um, den italienischen Referenzstandard für elektronische Umweltprüfungen.
• IECEE — CB-Schema — Internationales System der gegenseitigen Anerkennung von IEC-Prüfungen für elektronische Produkte, einschließlich der Umweltprüfungen nach IEC 60068.

Häufig gestellte Fragen zu IEC 60068

Worin besteht der Unterschied zwischen IEC 60068 und EN 60068?

Es gibt keinen technischen Unterschied. EN 60068 ist die europäische Fassung der IEC 60068 und wurde von CENELEC übernommen. Die Anforderungen sind identisch: Ein Bauteil, das nach IEC 60068-2-1 geprüft wurde, erfüllt automatisch auch die Anforderungen der EN 60068-2-1.

Wie viele Unterteile umfasst IEC 60068?

Die Reihe umfasst über 80 Unterteile, die in drei Gruppen gegliedert sind: Teil 1 (Allgemeine Richtlinien), Teil 2 (Spezifische Testverfahren) und Teil 3 (Zusätzliche Informationen). Für die Qualifizierung elektronischer Bauteile sind die Teile 2-1, 2-2, 2-14, 2-30 und 2-78 am gebräuchlichsten.

Ist der 85/85-Test verpflichtend?

Der 85/85-Test (IEC 60068-2-67 bzw. JEDEC JESD22-A101 für Halbleiter) ist zwar nicht gesetzlich vorgeschrieben, wird aber von den meisten Qualifizierungsprogrammen in der Halbleiter- (JEDEC), Automobil- (AEC-Q) und Photovoltaikindustrie (IEC 61215) gefordert. Bauteile, die den 85/85-Test nicht bestehen, werden nicht in die Lieferkette aufgenommen.

Welche Toleranzen fordert IEC 60068?

Die Toleranzen variieren je nach Teilbereich, aber im Allgemeinen fordert die Norm ±2 °C für die Temperatur und ±3–5 % für die relative Luftfeuchtigkeit. FDM-Kammern sind so konstruiert, dass sie Stabilität und Gleichmäßigkeit innerhalb dieser Grenzen gewährleisten.