CEI 60068 : Guide complet des essais environnementaux des composants électroniques

La norme IEC 60068 constitue la référence internationale pour les essais environnementaux des composants et matériaux électroniques et électromécaniquesdestinés à fonctionner dans des conditions climatiques variables. Publiée par la Commission électrotechnique internationale (CEI), cette série de normes définit les procédures d'essai de la résistance des dispositifs et composants aux températures extrêmes, à l'humidité, aux cycles thermiques et autres contraintes environnementales.

Dans ce guide, nous analysons les principaux tests de la série IEC 60068, les conditions de test requises, les secteurs industriels qui les adoptent et les chambres environnementales FDM conçues pour les réaliser avec une précision maximale.

Qu’est-ce que la norme IEC 60068 et pourquoi est-elle la norme de référence ?

La série IEC 60068, intitulée officiellement « Essais environnementaux », est une famille de normes comprenant des dizaines de sous-parties, chacune dédiée à un essai environnemental spécifique. Les essais sont identifiés par des lettres (A pour froid, B pour chaud, N pour cyclage thermique, etc.) et des numéros progressifs qui identifient la procédure spécifique.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles la norme IEC 60068 est devenue la norme de référence dans le secteur de l'électronique :

• Harmonisation internationale : Adoptée en Europe sous la norme EN 60068, cette norme garantit la comparabilité des essais à l’échelle mondiale.
• Couverture complète : De la température à l'humidité, de la pression aux vibrations, cette série couvre toutes les contraintes environnementales pertinentes.
• Exigences précises : chaque sous-partie définit les conditions de test, les tolérances, les durées et les critères d’acceptation, éliminant ainsi toute ambiguïté.
• Reconnaissance réglementaire : Elle est reconnue par les normes industrielles telles que MIL-STD-810 pour la défense, JEDEC pour les semi-conducteurs et ISO 16750 pour l’automobile.

Pour les fabricants de composants électroniques, la réussite des tests IEC 60068 est souvent une condition préalable à l'accès aux marchés internationaux et à l'obtention de la certification des produits.

Les principaux tests de la série IEC 60068

La série IEC 60068 comprend plus de 80 sous-parties. Nous analysons ci-dessous les cinq essais climatiques les plus demandés dans l'industrie électronique, ceux que tout laboratoire de qualification doit être en mesure de réaliser.

CEI 60068-2-1 — Essai A : Froid

IEC 60068-2-1 définit les procédures d'essai de la capacité des composants et des dispositifs à résister et à fonctionner à basses températures. Elle comprend trois variantes principales :

• Ab (froid non dissipatif) : L’échantillon n’est pas alimenté en énergie pendant l’essai. La résistance mécanique et structurelle est évaluée à des températures allant de -65 °C à +5 °C.
• Ad (froid dissipatif) : L’échantillon est alimenté et fonctionnel. Son bon fonctionnement électrique à basse température est vérifié.
• Ae (froid progressif) : La température est réduite à un rythme contrôlé pour simuler des conditions réelles.

Conditions typiques : températures de -65 °C à +5 °C, durées de 2 à 96 heures selon la sévérité requise. Les enceintes thermostatiques de la série FDM T-PRO atteignent -70 °C, couvrant ainsi toute la plage de températures exigée par la norme.

IEC 60068-2-2 — Essai B : Chaleur sèche

La norme IEC 60068-2-2 teste la résistance des composants et des matériaux aux hautes températures en conditions de faible humidité. Ce test comprend également des variantes dissipatives et non dissipatives.

• Bb (chaleur sèche non dissipative) : L’échantillon n’est pas alimenté. Plage de température : de +30 °C à +1 000 °C, durée : de 2 à 1 000 heures.
• Bd (chaleur sèche dissipée) : L’échantillon est en fonctionnement. Il est vérifié que ses performances électriques restent conformes aux limites spécifiées.

Conditions typiques : Pour les composants électroniques, les températures les plus courantes sont de +85 °C, +125 °C et +155 °C. Les enceintes environnementales FDM , avec des plages de température allant jusqu’à +180 °C, couvrent les besoins de la plupart des tests de qualification.

CEI 60068-2-14 — Essai N : Variation de température (Cyclage thermique)

IEC 60068-2-14 figure parmi les tests les plus critiques pour les composants électroniques : elle soumet les échantillons à des variations rapides de température afin de mettre en évidence les défauts liés à la fatigue thermique, aux différences de dilatation des matériaux et à la soudure. La norme définit trois méthodes :

• Na (transfert rapide) : L’échantillon est transféré rapidement entre deux zones à des températures différentes. La durée du transfert doit être inférieure à 20 secondes.
• Nb (variation de gradient contrôlée) : la température dans la chambre varie à une vitesse de 1 à 15 K/min. L’échantillon reste dans la même chambre pendant toute la durée du cycle.
• Nc (bain de fluide) : L'échantillon est immergé alternativement dans des bains chauds et froids pour un choc thermique maximal.

Conditions typiques : cycles de température entre -40 °C et +125 °C avec des rampes de 5 à 15 K/min, de 100 à 1 000 cycles. Les enceintes climatiques FDM de la série C-BCXPRO offrent des rampes programmables et des profils multi-étapes parfaitement adaptés à ces essais.

CEI 60068-2-30 — Essai Db : Chaleur humide cyclique

La norme IEC 60068-2-30 évalue la résistance des composants à la condensation et à la pénétration d'humidité par des cycles contrôlés de température et d'humidité. Contrairement aux essais en régime permanent, ces cycles provoquent la formation et la réabsorption de condensation à la surface des échantillons.

Le cycle standard comprend :

• Phase chaude : 12 heures à 40 °C (ou 55 °C dans la variante sévère) avec une humidité RH
• Phase froide : 12 heures à 25 °C avec une humidité contrôlée
• Nombre de cycles : 2 à 21 cycles (1 à 10,5 jours)

Ce test est particulièrement pertinent pour les revêtements protecteurs, les connecteurs et les circuits imprimés exposés aux environnements tropicaux. Sa bonne réalisation nécessite une chambre climatique à contrôle précis de l'humidité et à transitions progressives.

IEC 60068-2-78 — Essai en cabine : Chaleur humide en régime permanent (Essai 85/85)

La norme IEC 60068-2-78, plus communément appelée test 85/85, est l'un des tests les plus utilisés dans les industries des semi-conducteurs et de l'électronique de puissance. L'échantillon est maintenu à 85 °C et 85 % d'humidité relative pendant des périodes prolongées, généralement de 168 à 1 000 heures.

Ce qui se produit:

• Résistance à la corrosion électrochimique
• Migration ionique entre pistes conductrices
• Dégradation de l'isolation électrique
• Délamination des encapsulants et des revêtements

Le test 85/85 est exigé par JEDEC (JESD22-A101), l'industrie automobile (AEC-Q100/Q200) et les normes photovoltaïques (IEC 61215). Les enceintes FDM de la série C-PRO garantissent la stabilité de température et d'humidité à long terme requise pour ces tests prolongés, avec des tolérances conformes aux exigences des normes.

Secteurs exigeant la norme IEC 60068

La série IEC 60068 ne se limite pas à l'électronique grand public. Voici les principaux secteurs industriels qui l'utilisent comme référence pour la qualification des produits :

Comme FDM, il prend en charge les tests IEC 60068

FDM Environment Makers conçoit et fabrique des enceintes climatiques spécialement configurées pour les essais de la série IEC 60068. Chaque enceinte est personnalisable en termes de plage de température, de vitesse de montée en température et de contrôle de l'humidité afin de répondre aux besoins de votre laboratoire.

Toutes les chambres FDM sont équipées d'un automate programmable avec profils multi-étapes, enregistrement continu des données et interface de commande à distance. Pour les laboratoires nécessitant l'ensemble de la série IEC 60068, FDM propose des solutions personnalisées avec plusieurs chambres intégrées dans un même système de gestion.

Pour en savoir plus : Découvrez notre chambre climatique pour tester les batteries électroniques, conçue et fabriquée par FDM Environment Makers.

Informations complémentaires sur les tests individuels IEC 60068

Découvrez nos guides dédiés à chaque test de la série IEC 60068 :

• IEC 60068-2-1 : Guide complet des essais à froid
• IEC 60068-2-14 : Essai de variation de température (cyclage thermique)
• IEC 60068-2-78 : Essai de chaleur humide 85/85 en régime permanent

Sources fiables et liens externes

Pour en savoir plus sur la série IEC 60068 et les normes connexes relatives aux essais environnementaux électroniques :

• Boutique en ligne IEC — Série IEC 60068 — Accès direct au catalogue officiel des pièces de la série 60068 sur la boutique en ligne IEC.
• CENELEC — Comité européen de normalisation électrotechnique qui transpose la norme CEI 60068 dans les normes EN (par exemple, EN 60068-2-1 pour les essais à froid).
• UL Solutions — Un organisme de certification qui effectue des tests de conformité accrédités à la norme IEC 60068 sur les produits électroniques destinés aux marchés nord-américain et européen.
• CEI — Comité électrotechnique italien — Met en œuvre la norme IEC 60068 sous la forme de la série CEI EN 60068, la norme de référence italienne pour les essais environnementaux électroniques.
• IECEE — Système CB — Système international de reconnaissance mutuelle des tests IEC pour les produits électroniques, qui comprend les tests environnementaux IEC 60068.

Foire aux questions sur la norme IEC 60068

Quelle est la différence entre la norme IEC 60068 et la norme EN 60068 ?

Il n'y a aucune différence technique. La norme EN 60068 est la version européenne de la norme IEC 60068, adoptée par le CENELEC. Les exigences sont identiques : un composant testé selon la norme IEC 60068-2-1 satisfait automatiquement à la norme EN 60068-2-1.

Combien de sous-parties comporte la norme IEC 60068 ?

Cette série comprend plus de 80 sous-parties, organisées en trois groupes : Partie 1 (directives générales), Partie 2 (procédures de test spécifiques) et Partie 3 (informations complémentaires). Pour la qualification des composants électroniques, les parties 2-1, 2-2, 2-14, 2-30 et 2-78 sont les plus fréquemment utilisées.

Le test 85/85 est-il obligatoire ?

Le test 85/85 (IEC 60068-2-78) n'est pas obligatoire légalement, mais il est exigé par la plupart des programmes de qualification des industries des semi-conducteurs (JEDEC), de l'automobile (AEC-Q) et du photovoltaïque (IEC 61215). Un composant ne peut être intégré à la chaîne d'approvisionnement sans avoir réussi ce test.

Quelles sont les tolérances requises par la norme IEC 60068 ?

Les tolérances varient selon les sous-parties, mais en général, la norme exige ±2 °C pour la température et ±3 à 5 % pour l'humidité relative. Les chambres FDM sont conçues pour garantir la stabilité et l'uniformité dans ces limites.