掃描電鏡系統(tǒng)輔助設(shè)備的故障分析及維護(hù)保養(yǎng)

孫秋香, 盧慧粉, 宋慶軍, 宋 鵬

(濟(jì)寧半導(dǎo)體及顯示產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心, 濟(jì)寧 272000)

掃描電鏡分析是現(xiàn)代分析測試技術(shù)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(xiàn)故障，不僅無法正常工作，維修費(fèi)用也是不可小覷的。維持整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要求使用者和管理者不僅要掌握設(shè)備的使用，而且要掌握整個測試系統(tǒng)的組成，了解系統(tǒng)中每個輔助設(shè)備甚至各部件的作用與組成，才能對運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題、故障進(jìn)行分析處理，盡可能地節(jié)約時間、降低維修成本，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行與測試。筆者在工作過程中總結(jié)了一些掃描電鏡系統(tǒng)中各輔助設(shè)備的故障分析及解決方法。

1 掃描電鏡系統(tǒng)中各輔助設(shè)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(shè)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(shè)備提供保護(hù)，同時當(dāng)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(xù)給設(shè)備供電，避免突然斷電給設(shè)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(yàn)中斷導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整及數(shù)據(jù)結(jié)果的丟失。

在正常工作中，UPS電源相對來說不容易出現(xiàn)故障，但要特別關(guān)注電源中蓄電池的續(xù)航能力，以免對設(shè)備造成不必要的損害。另外，UPS電源中若出現(xiàn)故障，現(xiàn)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(shè)備工程師溝通出現(xiàn)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(xiàn)故障，就需要專業(yè)人員來協(xié)助維修或更換[2]。

1.2 冷卻循環(huán)設(shè)備

冷卻水循環(huán)是掃描電鏡系統(tǒng)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(yán)重影響圖像的分辨率[3]。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)主要由水箱、循環(huán)水泵、制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、散熱風(fēng)扇和控制器等部件組成[4]。

使用過程中，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)常出現(xiàn)的故障為水壓異常、冷卻水溫度過高、設(shè)備不工作。出現(xiàn)水壓異常，往往首先考慮循環(huán)水中是否有微生物沉淀，各閥門或?yàn)V芯(網(wǎng))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(tǒng)是否出現(xiàn)故障。制冷系統(tǒng)部分主要是制冷壓縮機(jī)和控制部分，一般來講，壓縮機(jī)本身不會發(fā)生故障，易出現(xiàn)故障的主要是控制部分，壓縮機(jī)不工作是由于控制部分熱保護(hù)繼電器與壓縮機(jī)連接的觸頭損壞造成的，更換繼電器后，即可恢復(fù)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(dān)著不同的控制功能，當(dāng)控制部分出現(xiàn)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(shè)備不工作還應(yīng)考慮的一個點(diǎn)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(dǎo)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(yàn))；電磁閥芯片有異物，芯片卡住，導(dǎo)致閥門不能正常關(guān)閉；進(jìn)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(shè)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(yīng)對措施，電磁閥的故障就可以解決了。

1.3 機(jī)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(dá)到高真空狀態(tài)。一般是由機(jī)械泵、分子泵、離子泵來完成的。這里主要針對機(jī)械泵的故障進(jìn)行分析。機(jī)械泵故障主要表現(xiàn)為機(jī)械泵工作異常，設(shè)備不間斷工作或出現(xiàn)異常聲音或設(shè)備停止工作，異常工作會導(dǎo)致電鏡前級真空達(dá)不到要求，分子泵無法啟動，電鏡達(dá)不到要求的真空度，無法工作[7]。

機(jī)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(dǎo)致機(jī)械泵漏氣，機(jī)械泵不間斷工作、長時間工作會使機(jī)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(jī)、軸承問題，可以在泵不轉(zhuǎn)時用手轉(zhuǎn)動聯(lián)軸器，若聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動困難或不轉(zhuǎn)，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(jī)

為了保障掃描電鏡的工作穩(wěn)定性和正常運(yùn)行，需要用壓縮空氣充入減震裝置，減少震動，另外設(shè)備中的氣動裝置亦需要壓縮空氣來保證氣門的開啟和關(guān)閉。此時，配備空氣壓縮機(jī)是必不可少的，主要是由電機(jī)、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(xiàn)的故障是壓力不夠、漏氣，造成設(shè)備啟動頻繁導(dǎo)致設(shè)備過熱保護(hù)，停止工作[9-11]?？諌簷C(jī)漏氣是常見的故障問題，首先要檢查漏氣點(diǎn)，根據(jù)漏氣點(diǎn)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(nèi)有異物，氣流不流暢，導(dǎo)致漏氣、壓力達(dá)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(dǎo)致的， 排氣閥片密封不嚴(yán)、彈簧過軟或折斷均會導(dǎo)致漏氣，此時應(yīng)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(tǒng)各輔助設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)

為了維持掃描電鏡工作的最佳狀態(tài)，獲得良好的圖像質(zhì)量和分析結(jié)果，重視掃描電鏡系統(tǒng)的日常維護(hù)保養(yǎng)，能夠及早發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，降低維修成本。掃描電鏡的維護(hù)往往比較重視電子光學(xué)系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，對于保障掃描電鏡正常工作的輔助設(shè)備則往往被忽視。各輔助設(shè)備的正常運(yùn)行才能保障測試工作的正常進(jìn)行，這部分的維護(hù)保養(yǎng)工作應(yīng)引起重視。表1列舉了各輔助設(shè)備需維護(hù)保養(yǎng)的項目。

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

3 結(jié)束語

掃描電鏡測試系統(tǒng)的正常運(yùn)行，離不開各設(shè)備的輔助支持，UPS電源、機(jī)械泵(真空泵)、空氣壓縮機(jī)、水冷設(shè)備的正常工作保障了掃描電鏡的正常測試。檢驗(yàn)管理人員作好各輔助設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，了解各設(shè)備的故障點(diǎn)，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(jìn)行。