扫描电镜故障分析与维修实例

孙秋香,卢慧粉,宋鹏,李丹丹

(济宁市质量计量检验检测研究院,济宁 272000)

扫描电镜(SEM)测试分析是现代分析测试技术中较为常用的分析方法,可用于表征各种材料的微观形貌,扫描电镜如果出现问题或故障,就无法正常工作,且维修成本也很高[1]。多数情况下,对扫描电镜出现的故障进行细致检查后,只要通过简单的维修即可解决故障问题[2]。在设备出现故障后,设备管理员或测试人员要先与设备厂家工程师沟通交流,确认故障点,逐级检查,以解决一些简单的故障问题。这样既能加深人员对设备的了解,也能节省大量的维修费用和缩短维修时间。笔者针对场发射扫描电镜实际使用中出现的故障问题,详细分析了故障产生的原因,并结合实际给出了该扫描电镜的故障解决方案。

1 电源控制系统故障与维修

1.1 常见故障

扫描电镜停机后,再开机运行一段时间,直到SEM 停止工作,检查其他设备,发现空压机、水冷机、机械泵等均可正常工作,按下重启键后SEM 没有任何反应,SEM 各指示灯均不亮,在通电状态下检查SEM 后面的电源输入、输出部分,从UPS(不间断电源)过来的输入端电压为220 V,但电镜主机上的输出端(通过SEM 给其他附件供电的一端)没有220 V的电压输出,说明SEM 主机上的电源控制部分出现故障。

1.2 故障原因分析和检查

在断电状态下,检查SEM 主机后面盖板上的一排保险丝,用万用表检查每根保险丝的通断状态,经检查,发现标号为F15的保险丝已烧坏,更换新的保险丝后,故障问题仍然没有解决。标号为F15的保险丝是SEM 主机电源控制部分线路板上对应的保险丝,主要用于保护电源控制系统中220 V 交流、24 V 直流的电路。具体电路为:220 V 的市电输入,通过一个220 V交流转24 V交流的隔离变压器,再经过一个整流桥(圆桥),将交流24 V 转为直流24 V,最终输出直流24 V,为各个控制端的线路板供电。在通电状态下,用万用表检查,发现隔离变压器上无24 V交流输出,判定该隔离变压器损坏。

1.3 故障排除

该故障有两种解决方案,考虑到线路板的布局问题,可以更换同种型号的隔离变压器;若因设备陈旧而难以购得同型号的配件,可以考虑在SEM 的220 V输入端接入一个220 V 交流转24 V 直流的开关电源。具体连接方式为:将开关电源220 V 的输入端接入SEM 上220 V 的一端,将开关电源的输出端接到整流桥(圆桥)的正负端。更换新的隔离变压器或接入220 V交流转24 V 直流的开关电源后,故障得以解决,SEM 可以正常工作。

2 高压系统故障与维修

2.1 常见故障

SEM 关机后正常开机,烘烤完成后开启灯丝,发现灯丝无法开启,关机重启后该问题未能解决。

2.2 故障原因分析和检查

检查开机软件EM Server,发现高压箱未识别,考虑是SEM 高压箱处的问题。首先,检查高压箱上面的光纤,经核查,光纤有亮光,说明光纤没有问题;其次,在通电状态下,检查高压上电源输入部分有没有220 V的电压输入,经万用表核查,高压箱处有220 V的电压输入;另外,查看高压箱的直流输入部分,在通电状态下,用万用表检查高压箱供电的开关电源,发现开关电源上有220 V 的输入,但没有24 V的输出,也就是说高压箱上没有电压输入,造成灯丝无法开启。若开关电源有220 V 的输入,也有24 V的输出,说明是高压箱内部的问题,高压箱是集成在SEM 主机上的,测试人员没有办法将其拆开,需请专业的技术人员来解决。

2.3 故障排除

将高压箱上的开关电源拆下,首先查看保险丝,发现保险丝已烧坏,更换新的保险丝并通电后,保险丝还是立即烧坏,说明开关电源上线路控制部分发生短路现象,属于开关电源内部故障。建议更换新的开关电源,也可将有故障的开关电源送至专业的机构维修。考虑到时间成本的问题,更换新的开关电源后,故障得以解决,SEM 可正常工作。

3 SEM 使用维护建议

由以上两个维修实例可以看出:两次故障出现的原因均为电镜关机。SEM 关机后,当再次开机时,开机的瞬间电压或电流对设备上的元器件造成一定损伤,容易出现开机失败的情况。作为设备管理员或测试人员,做好电镜的日常维护是非常重要的。一方面,要确保SEM 上的电压稳定、纯净,一般用UPS即可解决;另一方面,在SEM 开机运行的情况下,减少开机、关机的次数,若供电不确定,建议配备小型发电机,以免停电后再次开启时SEM 出现故障。

4 结语

SEM 是大型的精密仪器,在使用过程中会出现各种故障,这是不可避免的[3]。一旦出现故障,切不可急于动手,盲目拆卸,必须冷静思考,与工程师沟通交流,对故障进行分析,确定发生故障的部位,逐级检查,找出故障点,从而精准地给出解决方案,排除故障,让设备快速地恢复正常工作。