分享：扫描电镜系统辅助设备的故障分析及维护保养

孙秋香,卢慧粉,宋庆军,宋 鹏 (济宁半导体及显示产品质量监督检验中心,济宁 272000) 

摘 要:介绍了扫描电镜系统的各辅助设备常见的故障及解决办法。检验管理人员做好各辅助 设备的维护保养,了解各设备的故障点,能够快速、低成本地解决故障问题,有效保障测试工作的正 常进行。 

关键词:扫描电镜;辅助设备;故障分析;维护保养 中图分类号:TH89 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2021)02-0054-03

扫描电镜分析是现代分析测试技术中较为常用 的分析手段,用于研究各种材料的微观形貌[1]。扫描 电镜也是测试分析中投入比较大的仪器,一旦出现故 障,不仅无法正常工作,维修费用也是不可小觑的。 维持整个系统的正常运行,要求使用者和管理者不仅 要掌握设备的使用,而且要掌握整个测试系统的组 成,了解系统中每个辅助设备甚至各部件的作用与组 成,才能对运行过程中出现的问题、故障进行分析处 理,尽可能地节约时间、降低维修成本,保证系统的正 常运行与测试。笔者在工作过程中总结了一些扫描 电镜系统中各辅助设备的故障分析及解决方法。

1 扫描电镜系统中各辅助设备的故障分析 及解决方法 

1.1 不间断电源 

鉴于扫描电镜设备价格昂贵,往往在安装使用 时需配备不间断电源(UPS电源)。一方面是在供 电电压过大或太低时,对设备提供保护,同时当供电 中断时,UPS电源中的蓄电池输出的直流电变换成 交流电持续给设备供电,避免突然断电给设备造成 损害;另一方面配备 UPS电源可避免在检测过程中 造成试验中断导致数据不完整及数据结果的丢失。 在正常工作中,UPS电源相对来说不容易出现 故障,但要特别关注电源中蓄电池的续航能力,以免 对设备造成不必要的损害。另外,UPS电源中若出 现故障,现象是 UPS电源无法启动,往往从两方面 查找原因。首先查看保险丝,若是保险丝烧坏,更换 即可;保险丝若没问题,就要考虑控制部分,即主电 路板,此时可用万用表查看电路板上是否有损害的 元器件,与设备工程师沟通出现的问题故障,分析查 找原因。对于使用者或管理者来说,电路板出现故 障,就需要专业人员来协助维修或更换[2]。 

1.2 冷却循环设备 

冷却水循环是扫描电镜系统中必不可少的,主 要是用于冷却扫描电镜工作中的各部件,如扫描电 镜镜筒过热将造成物镜过热,会引起图像的漂移,严重影响图像的分辨率[3]。冷却水循环系统主要由水 箱、循环水泵、制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、散热风 扇和控制器等部件组成[4]。 使用过程中,冷却水循环系统常出现的故障为 水压异常、冷却水温度过高、设备不工作。出现水压 异常,往往首先考虑循环水中是否有微生物沉淀,各 阀门或滤芯(网)是否有堵塞的情况,此时通过更换 去离子水、清理污垢、更换滤芯,问题基本可解决[5]。 水温过高,首先要检查水压是否正常,若水压正 常,就要考虑制冷系统是否出现故障。制冷系统部 分主要是制冷压缩机和控制部分,一般来讲,压缩机 本身不会发生故障,易出现故障的主要是控制部分, 压缩机不工作是由于控制部分热保护继电器与压缩 机连接的触头损坏造成的,更换继电器后,即可恢复 正常[6]。制冷控制部分主要是由各种各样的元器件 组成的集成电路,每一个元器件都承担着不同的控 制功能,当控制部分出现问题时要逐一排查,搞清楚 每个元器件的功能作用,才能找对问题所在,及时维 修更换。 另外,设备不工作还应考虑的一个点就是电磁 阀,常见故障主要是电磁阀不能正常开启、工作。这 种情况要考虑以下几个原因:电源电压太低,导致电 磁阀不能正常工作;电路接触不良或线圈短路(可用 万用表检验);电磁阀芯片有异物,芯片卡住,导致阀 门不能正常关闭;进出口压力差大于开阀能力,使电 磁阀不能开启;电磁阀的密封垫片损害或滑阀磨损 造成空气压力不足,使得电磁阀的启动困难。电磁 阀是水冷设备中较小的一个配件,但也是不容忽视 的,针对以上不同的故障问题,采取不同的应对措 施,电磁阀的故障就可以解决了。

1.3 机械泵 

扫描电镜对真空的要求很高,通过分级抽真空 的方式来达到高真空状态。一般是由机械泵、分子 泵、离子泵来完成的。这里主要针对机械泵的故障 进行分析。机械泵故障主要表现为机械泵工作异 常,设备不间断工作或出现异常声音或设备停止工 作,异常工作会导致电镜前级真空达不到要求,分子 泵无法 启 动,电 镜 达 不 到 要 求 的 真 空 度,无 法 工 作[7]。 机械泵故障(以无油干泵为例)主要考虑两方面 的原因,一方面考虑密封圈,密封圈老化或损坏会导 致机械泵漏气,机械泵不间断工作、长时间工作会使 机械泵过热停止工作,此时更换密封圈即可解决问 题;另一方面考虑电机、轴承问题,可以在泵不转时 用手转动联轴器,若联轴器转动困难或不转,要考虑 轴承器或旋片变形卡住,轴承磨损或旋片变形均需 要更换新的轴承或旋片[8]。

1.4 空气压缩机 

为了保障扫描电镜的工作稳定性和正常运行, 需要用压缩空气充入减震装置,减少震动,另外设备 中的气动装置亦需要压缩空气来保证气门的开启和 关闭。此时,配备空气压缩机是必不可少的,主要是 由电机、压力表、排气阀、单向阀(吸气阀)、气缸等组 成。 使用过程中,常出现的故障是压力不够、漏气, 造成设 备 启 动 频 繁 导 致 设 备 过 热 保 护,停 止 工 作[9-11]。空压机漏气是常见的故障问题,首先要检 查漏气点,根据漏气点的位置查找原因。一般来说, 容易漏气的是单向阀和排气阀处。单向阀漏气一方 面是单向阀内有异物,气流不流畅,导致漏气、压力 达不到要求,清除异物便可解决问题;另一方面是单 向阀损坏,更换新的单向阀即可解决问题。排气阀 漏气往往是部件损害导致的,排气阀片密封不严、 弹簧过软或折断均会导致漏气,此时应更换新的弹 簧或排气阀部件即可解决问题。 

2 扫描电镜系统各辅助设备的维护保养 

为了维持扫描电镜工作的最佳状态,获得良好 的图像质量和分析结果,重视扫描电镜系统的日常 维护保养,能够及早发现和解决潜在问题,降低维修 成本。扫描电镜的维护往往比较重视电子光学系统 和真空系统,对于保障扫描电镜正常工作的辅助设 备则往往被忽视。各辅助设备的正常运行才能保障 测试工作的正常进行,这部分的维护保养工作应引 起重视。表1列举了各辅助设备需维护保养的项 目。 

3 结束语 

扫描电镜测试系统的正常运行,离不开各设备 的辅助支持,UPS电源、机械泵(真空泵)、空气压缩 机、水冷设备的正常工作保障了扫描电镜的正常测 试。检验管理人员作好各辅助设备的维护保养,了 解各设备的故障点,能够快速、低成本地解决故障, 有效保障了测试工作的正常进行。

来源：材料与测试网