掃描電鏡故障分析與維修實例

孫秋香,盧慧粉,宋鵬,李丹丹

(濟寧市質量計量檢驗檢測研究院,濟寧 272000)

掃描電鏡(SEM)測試分析是現代分析測試技術中較為常用的分析方法,可用于表征各種材料的微觀形貌,掃描電鏡如果出現問題或故障,就無法正常工作,且維修成本也很高[1]。多數情況下,對掃描電鏡出現的故障進行細致檢查后,只要通過簡單的維修即可解決故障問題[2]。在設備出現故障后,設備管理員或測試人員要先與設備廠家工程師溝通交流,確認故障點,逐級檢查,以解決一些簡單的故障問題。這樣既能加深人員對設備的了解,也能節省大量的維修費用和縮短維修時間。筆者針對場發射掃描電鏡實際使用中出現的故障問題,詳細分析了故障產生的原因,并結合實際給出了該掃描電鏡的故障解決方案。

1 電源控制系統故障與維修

1.1 常見故障

掃描電鏡停機后,再開機運行一段時間,直到SEM 停止工作,檢查其他設備,發現空壓機、水冷機、機械泵等均可正常工作,按下重啟鍵后SEM 沒有任何反應,SEM 各指示燈均不亮,在通電狀態下檢查SEM 后面的電源輸入、輸出部分,從UPS(不間斷電源)過來的輸入端電壓為220 V,但電鏡主機上的輸出端(通過SEM 給其他附件供電的一端)沒有220 V的電壓輸出,說明SEM 主機上的電源控制部分出現故障。

1.2 故障原因分析和檢查

在斷電狀態下,檢查SEM 主機后面蓋板上的一排保險絲,用萬用表檢查每根保險絲的通斷狀態,經檢查,發現標號為F15的保險絲已燒壞,更換新的保險絲后,故障問題仍然沒有解決。標號為F15的保險絲是SEM 主機電源控制部分線路板上對應的保險絲,主要用于保護電源控制系統中220 V 交流、24 V 直流的電路。具體電路為:220 V 的市電輸入,通過一個220 V交流轉24 V交流的隔離變壓器,再經過一個整流橋(圓橋),將交流24 V 轉為直流24 V,最終輸出直流24 V,為各個控制端的線路板供電。在通電狀態下,用萬用表檢查,發現隔離變壓器上無24 V交流輸出,判定該隔離變壓器損壞。

1.3 故障排除

該故障有兩種解決方案,考慮到線路板的布局問題,可以更換同種型號的隔離變壓器;若因設備陳舊而難以購得同型號的配件,可以考慮在SEM 的220 V輸入端接入一個220 V 交流轉24 V 直流的開關電源。具體連接方式為:將開關電源220 V 的輸入端接入SEM 上220 V 的一端,將開關電源的輸出端接到整流橋(圓橋)的正負端。更換新的隔離變壓器或接入220 V交流轉24 V 直流的開關電源后,故障得以解決,SEM 可以正常工作。

2 高壓系統故障與維修

2.1 常見故障

SEM 關機后正常開機,烘烤完成后開啟燈絲,發現燈絲無法開啟,關機重啟后該問題未能解決。

2.2 故障原因分析和檢查

檢查開機軟件EM Server,發現高壓箱未識別,考慮是SEM 高壓箱處的問題。首先,檢查高壓箱上面的光纖,經核查,光纖有亮光,說明光纖沒有問題;其次,在通電狀態下,檢查高壓上電源輸入部分有沒有220 V的電壓輸入,經萬用表核查,高壓箱處有220 V的電壓輸入;另外,查看高壓箱的直流輸入部分,在通電狀態下,用萬用表檢查高壓箱供電的開關電源,發現開關電源上有220 V 的輸入,但沒有24 V的輸出,也就是說高壓箱上沒有電壓輸入,造成燈絲無法開啟。若開關電源有220 V 的輸入,也有24 V的輸出,說明是高壓箱內部的問題,高壓箱是集成在SEM 主機上的,測試人員沒有辦法將其拆開,需請專業的技術人員來解決。

2.3 故障排除

將高壓箱上的開關電源拆下,首先查看保險絲,發現保險絲已燒壞,更換新的保險絲并通電后,保險絲還是立即燒壞,說明開關電源上線路控制部分發生短路現象,屬于開關電源內部故障。建議更換新的開關電源,也可將有故障的開關電源送至專業的機構維修。考慮到時間成本的問題,更換新的開關電源后,故障得以解決,SEM 可正常工作。

3 SEM 使用維護建議

由以上兩個維修實例可以看出:兩次故障出現的原因均為電鏡關機。SEM 關機后,當再次開機時,開機的瞬間電壓或電流對設備上的元器件造成一定損傷,容易出現開機失敗的情況。作為設備管理員或測試人員,做好電鏡的日常維護是非常重要的。一方面,要確保SEM 上的電壓穩定、純凈,一般用UPS即可解決;另一方面,在SEM 開機運行的情況下,減少開機、關機的次數,若供電不確定,建議配備小型發電機,以免停電后再次開啟時SEM 出現故障。

4 結語

SEM 是大型的精密儀器,在使用過程中會出現各種故障,這是不可避免的[3]。一旦出現故障,切不可急于動手,盲目拆卸,必須冷靜思考,與工程師溝通交流,對故障進行分析,確定發生故障的部位,逐級檢查,找出故障點,從而精準地給出解決方案,排除故障,讓設備快速地恢復正常工作。