IEC 60068-2-1 : Guide complet pour les essais à froid des composants

La norme IEC 60068-2-1 , dite « Test A » (Test à froid) , définit les procédures d'essai de la capacité des composants, des équipements et des matériaux à résister et à fonctionner à basses températures . De la qualification des semi-conducteurs à -65 °C aux essais d'équipements pour environnements arctiques, cette norme constitue la référence internationale en matière de tests à froid.

Dans ce guide, nous analysons les trois variantes de test, les conditions requises et les chambres thermostatiques FDM conçues pour atteindre ces plages avec précision.

Qu'est-ce que la norme IEC 60068-2-1 et que teste-t-elle ?

Les basses températures peuvent compromettre un appareil électronique de plusieurs manières : augmentation de la viscosité des lubrifiants, fragilisation des plastiques et des joints, modifications des caractéristiques électriques des semi-conducteurs, contraction différentielle entre les matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents.

La norme IEC 60068-2-1 sert à vérifier que le produit :

• Résiste aux basses températures (pas de fissures, de déformations ni de ruptures).
• Fonctionne correctement à froid (pour les variantes dissipatives)
• Les performances se rétablissent après le retour à la température ambiante.

Les trois variantes du test A

Variante Ab — Froid non dissipatif (échantillon désactivé)

L'échantillon n'est pas alimenté pendant l'exposition au froid. Les effets mécaniques et structurels sont évalués : fissures, délamination, déformations permanentes et perte d'étanchéité.

Procédure:

1. L'échantillon est amené à la température d'essai avec un gradient ne dépassant pas 1°C/min (sauf indication contraire)
2. Il maintient la température pendant la durée spécifiée (de 2 à 96 heures)
3. L'échantillon est ramené à température ambiante
4. Nous attendons la stabilisation et effectuons des contrôles fonctionnels et visuels

Variante publicitaire — Froid dissipatif (échantillon en poudre)

L'échantillon est alimenté et opérationnel pendant l'essai. L'auto-échauffement du dispositif est pris en compte : la chambre doit compenser la chaleur générée afin de maintenir la température ambiante à la valeur spécifiée.

Applications typiques : vérification du bon fonctionnement des calculateurs automobiles à -40 °C, tests de démarrage à froid des unités de commande moteur, vérification des écrans et des capteurs en environnement extérieur.

Variante Ae — Froid avec variation progressive

Similaire au modèle Ab, mais avec un gradient de température contrôlé et spécifique afin de simuler les conditions de refroidissement réelles. La vitesse de variation est définie dans les spécifications du produit.

Conditions et gravité des tests

Tolérances requises : ±2°C sur la température d'essai, mesurée dans l'air ambiant (et non sur la surface de l'échantillon).

Secteurs d'application

• Électronique et semi-conducteurs : Qualification des composants selon les normes JEDEC (JESD22-A119) et AEC-Q100 pour l’automobile
• Aérospatiale et défense : Complémentaire à la méthode 502 de la norme MIL-STD-810 pour les essais à froid des équipements
• Télécommunications : antennes, stations de base et équipements extérieurs en climat nordique
• Batteries : vérification des performances des cellules lithium-ion à basse température (capacité, résistance interne)
• Médical : Dispositifs portables et d'urgence qui doivent fonctionner dans des conditions extrêmes

Chambres d'essai à froid FDM IEC 60068-2-1

FDM Environment Makers propose des chambres à pression négative adaptées à tous les niveaux de sévérité standard :

Les enceintes environnementales T-PRO et FDM atteignent -70 °C, dépassant largement la température de référence maximale (-65 °C). Le contrôleur programmable permet de paramétrer des rampes de refroidissement conformes aux spécifications du produit.

Pour en savoir plus : Découvrez notre chambre d’essai de batteries à basse température, conçue et fabriquée par FDM Environment Makers.

Foire aux questions sur la norme IEC 60068-2-1

Quelle est la différence entre IEC 60068-2-1 et EN 60068-2-1 ?

Il n'y a aucune différence technique. La norme EN 60068-2-1 est la version européenne de la norme CEI, adoptée à l'identique par le CENELEC. Les exigences et les procédures sont les mêmes.

Puis-je utiliser la même chambre pour les tests à froid et à chaud ?

Oui. Les chambres environnementales FDM avec une plage de -70 °C à +180 °C couvrent à la fois les normes IEC 60068-2-1 (froid) et IEC 60068-2-2 (chaleur sèche), permettant ainsi de réaliser les deux tests avec une seule chambre.

Comment la température est-elle mesurée pendant le test ?

La norme exige que la température soit mesurée dans l'air ambiant autour de l'échantillon, et non à sa surface. Les chambres FDM sont équipées de sondes PT100 étalonnées, positionnées dans le volume de travail. Pour les échantillons dissipatifs (variante Ad), il est nécessaire de vérifier que l'auto-échauffement ne modifie pas la température de l'air au-delà des tolérances.

Normes de référence

• CEI 60068-2-1 — Essais environnementaux – Partie 2-1 : Essais – Essai A : Froid. Norme de référence pour les essais à froid de composants non dissipatifs (Essai Ab) et dissipatifs (Essai Ad), avec des températures typiques de -10 °C à -65 °C.
• IEC 60068-2-14 — Essai N : Variation de température. Complémentaire à l’essai A lorsque le profil exige des transitions rapides vers des conditions froides.
• CEI 60068-3-1 — Documentation et recommandations – Essais à froid et à chaleur sèche. Directives d’application pour le choix approprié de la méthode Ab/Ad et de la durée de conditionnement (généralement 2, 16, 72 ou 96 heures).
• MIL-STD-810H Méthode 502.7 — Basse température. Méthode militaire américaine pour les essais de stockage (-46 °C / -33 °C) et de fonctionnement (-32 °C / -21 °C) des équipements terrestres, navals et aériens.
• JESD22-A119 — Durée de vie en stockage à basse température. Norme JEDEC pour la qualification de la fiabilité des semi-conducteurs basse température.
• ISO 16750-4 — Véhicules routiers — Charges climatiques. Rappelle la norme IEC 60068-2-1 pour la qualification des composants automobiles avec classes de sévérité -40 °C / -30 °C / -20 °C.
• ETSI EN 300 019-2-1 — Essais environnementaux pour les équipements de télécommunications – Stockage. Applique la norme IEC 60068-2-1 avec des profils spécifiques pour les équipements TLC (classes T1.1, T1.2, T1.3).

Sources faisant autorité

• CEI – Commission électrotechnique internationale. Publie la série de normes CEI 60068, reconnue mondialement, pour les essais climatiques.
• ACCREDIA. Accrédite les laboratoires italiens pour les essais IEC 60068-2-1 selon la norme ISO/IEC 17025.
• ILAC. Garantit la reconnaissance internationale des certificats d'essai.
• JEDECpublie la norme JESD22-A119 et les pratiques de qualification du stockage à basse température pour les semi-conducteurs.