掃描電鏡系統輔助設備的故障分析及維護保養

孫秋香, 盧慧粉, 宋慶軍, 宋 鵬

(濟寧半導體及顯示產品質量監督檢驗中心, 濟寧 272000)

掃描電鏡分析是現代分析測試技術中較為常用的分析手段，用于研究各種材料的微觀形貌[1]。掃描電鏡也是測試分析中投入比較大的儀器，一旦出現故障，不僅無法正常工作，維修費用也是不可小覷的。維持整個系統的正常運行，要求使用者和管理者不僅要掌握設備的使用，而且要掌握整個測試系統的組成，了解系統中每個輔助設備甚至各部件的作用與組成，才能對運行過程中出現的問題、故障進行分析處理，盡可能地節約時間、降低維修成本，保證系統的正常運行與測試。筆者在工作過程中總結了一些掃描電鏡系統中各輔助設備的故障分析及解決方法。

1 掃描電鏡系統中各輔助設備的故障分析及解決方法

1.1 不間斷電源

鑒于掃描電鏡設備價格昂貴，往往在安裝使用時需配備不間斷電源(UPS電源)。一方面是在供電電壓過大或太低時，對設備提供保護，同時當供電中斷時，UPS電源中的蓄電池輸出的直流電變換成交流電持續給設備供電，避免突然斷電給設備造成損害；另一方面配備UPS電源可避免在檢測過程中造成試驗中斷導致數據不完整及數據結果的丟失。

在正常工作中，UPS電源相對來說不容易出現故障，但要特別關注電源中蓄電池的續航能力，以免對設備造成不必要的損害。另外，UPS電源中若出現故障，現象是UPS電源無法啟動，往往從兩方面查找原因。首先查看保險絲，若是保險絲燒壞，更換即可；保險絲若沒問題，就要考慮控制部分，即主電路板，此時可用萬用表查看電路板上是否有損害的元器件，與設備工程師溝通出現的問題故障，分析查找原因。對于使用者或管理者來說，電路板出現故障，就需要專業人員來協助維修或更換[2]。

1.2 冷卻循環設備

冷卻水循環是掃描電鏡系統中必不可少的，主要是用于冷卻掃描電鏡工作中的各部件，如掃描電鏡鏡筒過熱將造成物鏡過熱，會引起圖像的漂移，嚴重影響圖像的分辨率[3]。冷卻水循環系統主要由水箱、循環水泵、制冷壓縮機、冷凝器、蒸發器、散熱風扇和控制器等部件組成[4]。

使用過程中，冷卻水循環系統常出現的故障為水壓異常、冷卻水溫度過高、設備不工作。出現水壓異常，往往首先考慮循環水中是否有微生物沉淀，各閥門或濾芯(網)是否有堵塞的情況，此時通過更換去離子水、清理污垢、更換濾芯，問題基本可解決[5]。

水溫過高，首先要檢查水壓是否正常，若水壓正常，就要考慮制冷系統是否出現故障。制冷系統部分主要是制冷壓縮機和控制部分，一般來講，壓縮機本身不會發生故障，易出現故障的主要是控制部分，壓縮機不工作是由于控制部分熱保護繼電器與壓縮機連接的觸頭損壞造成的，更換繼電器后，即可恢復正常[6]。制冷控制部分主要是由各種各樣的元器件組成的集成電路，每一個元器件都承擔著不同的控制功能，當控制部分出現問題時要逐一排查，搞清楚每個元器件的功能作用，才能找對問題所在，及時維修更換。

另外，設備不工作還應考慮的一個點就是電磁閥，常見故障主要是電磁閥不能正常開啟、工作。這種情況要考慮以下幾個原因：電源電壓太低，導致電磁閥不能正常工作；電路接觸不良或線圈短路(可用萬用表檢驗)；電磁閥芯片有異物，芯片卡住，導致閥門不能正常關閉；進出口壓力差大于開閥能力，使電磁閥不能開啟；電磁閥的密封墊片損害或滑閥磨損造成空氣壓力不足，使得電磁閥的啟動困難。電磁閥是水冷設備中較小的一個配件，但也是不容忽視的，針對以上不同的故障問題，采取不同的應對措施，電磁閥的故障就可以解決了。

1.3 機械泵

掃描電鏡對真空的要求很高，通過分級抽真空的方式來達到高真空狀態。一般是由機械泵、分子泵、離子泵來完成的。這里主要針對機械泵的故障進行分析。機械泵故障主要表現為機械泵工作異常，設備不間斷工作或出現異常聲音或設備停止工作，異常工作會導致電鏡前級真空達不到要求，分子泵無法啟動，電鏡達不到要求的真空度，無法工作[7]。

機械泵故障(以無油干泵為例)主要考慮兩方面的原因，一方面考慮密封圈，密封圈老化或損壞會導致機械泵漏氣，機械泵不間斷工作、長時間工作會使機械泵過熱停止工作，此時更換密封圈即可解決問題；另一方面考慮電機、軸承問題，可以在泵不轉時用手轉動聯軸器，若聯軸器轉動困難或不轉，要考慮軸承器或旋片變形卡住，軸承磨損或旋片變形均需要更換新的軸承或旋片[8]。

1.4 空氣壓縮機

為了保障掃描電鏡的工作穩定性和正常運行，需要用壓縮空氣充入減震裝置，減少震動，另外設備中的氣動裝置亦需要壓縮空氣來保證氣門的開啟和關閉。此時，配備空氣壓縮機是必不可少的，主要是由電機、壓力表、排氣閥、單向閥(吸氣閥)、氣缸等組成。

使用過程中，常出現的故障是壓力不夠、漏氣，造成設備啟動頻繁導致設備過熱保護，停止工作[9-11]。空壓機漏氣是常見的故障問題，首先要檢查漏氣點，根據漏氣點的位置查找原因。一般來說，容易漏氣的是單向閥和排氣閥處。單向閥漏氣一方面是單向閥內有異物，氣流不流暢，導致漏氣、壓力達不到要求，清除異物便可解決問題；另一方面是單向閥損壞，更換新的單向閥即可解決問題。排氣閥漏氣往往是部件損害導致的， 排氣閥片密封不嚴、彈簧過軟或折斷均會導致漏氣，此時應更換新的彈簧或排氣閥部件即可解決問題。

2 掃描電鏡系統各輔助設備的維護保養

為了維持掃描電鏡工作的最佳狀態，獲得良好的圖像質量和分析結果，重視掃描電鏡系統的日常維護保養，能夠及早發現和解決潛在問題，降低維修成本。掃描電鏡的維護往往比較重視電子光學系統和真空系統，對于保障掃描電鏡正常工作的輔助設備則往往被忽視。各輔助設備的正常運行才能保障測試工作的正常進行，這部分的維護保養工作應引起重視。表1列舉了各輔助設備需維護保養的項目。

表1 掃描電鏡輔助設備維護保養項目及注意事項Tab.1 The maintenance projects and matters needing attention of scanning electron microscopy auxiliary equipment

3 結束語

掃描電鏡測試系統的正常運行，離不開各設備的輔助支持，UPS電源、機械泵(真空泵)、空氣壓縮機、水冷設備的正常工作保障了掃描電鏡的正常測試。檢驗管理人員作好各輔助設備的維護保養，了解各設備的故障點，能夠快速、低成本地解決故障，有效保障了測試工作的正常進行。