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)

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。

表1 扫描电镜辅助设备维护保养项目及注意事项Tab.1 The maintenance projects and matters needing attention of scanning electron microscopy auxiliary equipment

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。