青島眾瑞成立于2007年。成立之初，空氣微生物采樣器就被應用到奧&*運會場館的反&*恐工作當中，眾瑞也從那時起與氣溶膠技術結(jié)緣，并逐步走到如今形成了圍繞氣溶膠發(fā)生、監(jiān)測、采集、檢測技術的產(chǎn)品集群。早在2012年，眾瑞就開始進入潔凈室檢測領域，自主設計研發(fā)的基于米氏散射光學原理的氣溶膠光度計便被用于潔凈室的高效過濾器檢漏中，經(jīng)過多年迭代創(chuàng)新，現(xiàn)已成為極&*具競爭力的高效過濾器檢漏設備。而如今，面對新的市場需求，眾瑞用多年的技術與項目積累，打造了一款數(shù)據(jù)準確，性能穩(wěn)定的0.1μm塵埃粒子計數(shù)器，是眾瑞在氣溶膠精密光學檢測方向上又一重大突破。

一、研究背景

近年來，中國作為世界&*上*zui&*大的半導體市場，半導體相關產(chǎn)業(yè)增長勢頭迅猛，半導體行業(yè)產(chǎn)值在GDP(國民生產(chǎn)總值)中的占比日益提高。但是隨著近年來西方國家對國內(nèi)芯片市場的封&*鎖，國內(nèi)半導體行業(yè)特別是尖&*端市場嚴重依賴進口的問題愈發(fā)凸顯，半導體產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化勢在必行，國家也相繼出臺了多項鼓勵半導體相關產(chǎn)業(yè)的政策。在半導體器件的制造過程中，從硅晶體的生產(chǎn)到IC芯片(Integrated Circuit Chip)的加工制備，微小塵埃粒子的污染都可能導致產(chǎn)品報廢。特別是隨著集成電路線寬水平進入納米級，對生產(chǎn)環(huán)境中塵埃粒子的控制愈發(fā)嚴格，所有的生產(chǎn)過程均需在空氣潔凈度嚴格受控的環(huán)境中進行。這種對環(huán)境溫濕度、空氣中塵埃粒子最小粒徑以及塵埃粒子數(shù)量進行嚴格控制的環(huán)境被稱為潔凈室(Clean Room)。不單是在半導體行業(yè)，潔凈室在航空航天、醫(yī)療制藥以及食品制造等行業(yè)都有非常廣泛的應用。伴隨著對潔凈室日益擴大的需求，近年來潔凈室國內(nèi)市場規(guī)模迅速增長，從2010年的不足400億元，增長到2020年的1635億元僅用去了10年時間。并且在2021-2025年的5年內(nèi)，這個規(guī)模還將增長1000億元以上。

對于潔凈室來說，空氣中關注粒徑的塵埃粒子數(shù)量是衡量潔凈室級別的主要指標。第一部關于潔凈室等級的規(guī)范標準是1961年美國分發(fā)的《空軍技術條令》(T.O.00-25-23)，隨后很多國家都發(fā)布了關于潔凈室等級的規(guī)范標準。如今除了ISO 14644國際標準外，也在細分領域形成了針對制藥、芯片生產(chǎn)、醫(yī)療等不同行業(yè)的級別標準。

空氣中塵埃粒子的粒徑分布主要是亞微米到微米量級，其中以亞微米大小的粒子居多。對于制藥行業(yè)而言，一般關注的是粒徑0.5μm和5μm的塵埃粒子，而在芯片、半導體行業(yè)則需要檢測0.1-5μm的塵埃粒子，不同行業(yè)的要求差距很大并且高精度的粒子計數(shù)器市場被進口產(chǎn)品占有，塵埃粒子檢測技術的落后十分明顯?，F(xiàn)如今檢測塵埃粒子的方法主要有：濾膜稱重法、β射線吸收法、壓電晶體法以及光散射法等。與其他測量方法相比，光散射法采用非接觸式采樣，測量速度快，精度高，操作簡單安全，可以實現(xiàn)長時間的實時在線測量，因此光散射法在塵埃粒子檢測領域應用非常廣泛。光散射法又可以根據(jù)同一時刻經(jīng)過光敏區(qū)的塵埃粒子數(shù)量分為單粒子散射法和粒子群散射法。粒子群散射法主要測量質(zhì)量濃度，因此常應用在粉塵儀上；單粒子散射法可以計量出塵埃粒子的粒徑及其數(shù)量濃度，主要應用在粒子計數(shù)器上。單粒子散射法的基本原理是：光照在粉塵粒子上時，會產(chǎn)生散射光信號，散射光信號被散射光收集系統(tǒng)收集匯聚，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器件及后續(xù)電路處理后可以轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號。由于散射光的強度與塵埃粒子粒徑存在函數(shù)關系，因此可以用所測電壓信號大小表征塵埃粒子的粒徑大小，信號數(shù)目表征塵埃粒子數(shù)量，從而得出塵埃粒子的濃度。隨著半導體、醫(yī)療制藥、航空航天等技術的發(fā)展，這些相關行業(yè)對潔凈環(huán)境的要求會越來越高，國內(nèi)埃粒子檢測技術想要達到國際水平甚至走到世界前列，研制出我們自己的高靈敏度粒子計數(shù)器傳感器勢在必行。

光散射式塵埃粒子計數(shù)器可以實時、精準地檢測空氣中不同粒徑塵埃粒子的濃度，是潔凈室中檢測塵埃顆粒必&*不&*可&*少的設備，在半導體、醫(yī)療制藥以及食品制造等行業(yè)有著廣泛的應用。然而，在國內(nèi)半導體行業(yè)快速發(fā)展的大環(huán)境下，國產(chǎn)粒子計數(shù)器已經(jīng)不能滿足需求，有大量廠家研制出的“所謂的0.1μm粒子計數(shù)器"除了核心光學模塊來源不明，其檢測數(shù)據(jù)更是和準確二字毫不相干，因此，開發(fā)一款更高靈敏度的并且數(shù)據(jù)準確的粒子計數(shù)器已經(jīng)迫在眉睫。

二、技術方案

市面上大多數(shù)的粒子計數(shù)器所使用的激光光源為半導體激光二極管，其體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，光路整形方案及雜散光收集方案非常成熟，激光二極管單管功率幾毫瓦到幾瓦，滿足不同流量下的測試最小粒徑為0.3微米。

基于米氏光散射原理分析，0.3微米粒徑的散射光信號約為0.1微米粒徑的散射光信號強度的800倍，所以使用單管激光二極管進行激光照射，散射光強度很難達到探測器的檢出限。

相較于傳統(tǒng)的粒子計數(shù)器，本方案放棄半導體激光器作為激光源，采用全新的全固態(tài)激光器作為粒子計數(shù)器光源，固態(tài)激光器比半導體激光器的功率高，可操作性強，能夠為粒子計數(shù)提供高能量密度的光敏區(qū)，使得粒子計數(shù)器的測試靈敏度更高；此外本方案采用內(nèi)腔式檢測的固體激光器作為激發(fā)光源，使氣溶膠粒子從激光諧振腔內(nèi)部流過，粒子在一定大小、一定濃度上限范圍內(nèi)，不影響激光諧振腔的工作。該方案不僅低能耗，而且又獲得了較強的光能量。固體激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，成本低等優(yōu)點，且能量密度遠高于傳統(tǒng)的激光二極管，因此我們使用自主研發(fā)的全固態(tài)激光器作為0.1微米粒子計數(shù)器光源。其能量滿足測試所需，且無需收集多余的雜散光，該計數(shù)傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、能量密度大、維護簡便等優(yōu)點。此方案下諧振腔內(nèi)部獲得了大于200W的激光，待檢測氣溶膠樣品通過矩形噴嘴進入光敏區(qū)，發(fā)出散射光信號，使用三路探測器，其中兩路分別對0.1μm-0.3μm粒徑粒子信號，0.3μm-10μm粒徑粒子信號進行采集，第三路探測器實時檢測諧振腔內(nèi)部的激光功率，對粒子的散射光信號進行算法優(yōu)化，提高設備穩(wěn)定性。

三、競品現(xiàn)況

目前市場上0.1微米粒子計數(shù)器主要依靠進口，具有很高的市場認可度，而國產(chǎn)相關設備則寥寥*&無&*幾，且在性能和知&*名度上有明顯差距，市場長期被進口品牌占有。在產(chǎn)品國產(chǎn)化替代趨勢之下，急需國產(chǎn)高精度檢測設備。眾瑞的技術基礎雄厚，專業(yè)方向領域匹配，將扛起國產(chǎn)高&*端精密計數(shù)器開發(fā)的重任。

四、自研產(chǎn)品

ZR-1650型 塵埃粒子計數(shù)器搭載了自研制的0.1微米粒子計數(shù)器計數(shù)傳感器，其檢測光源為國內(nèi)外首&*發(fā)，粒徑檢測通道分為0.1μm，0.15μm，0.2μm，0.25μm，0.3μm，0.5μm，0.7μm(可定制)，1.0μm，5.0μm，10.0μm(可定制)。檢測濃度上限大于1000000個/ft³ 。

五、測試數(shù)據(jù)

參考國際塵埃粒子計數(shù)器校準規(guī)范——ISO 21501-4開展校準檢測，測試結(jié)果表明儀器的粒徑設置誤差、技術效率、流量誤差、響應能力等均優(yōu)于標準要求。而在濃度檢測上限，得益于先進模塊設計，相比競品有明顯優(yōu)勢。

目前，國內(nèi)塵埃粒子計數(shù)器的校準規(guī)范為2008年版，主要關注0.5μm、5μm粒徑段，缺少0.1μm校準規(guī)定和方法。而ISO標準目前在國內(nèi)計量系統(tǒng)內(nèi)普及率較低，方法仍不成熟。目前眾瑞正在與國內(nèi)計量院合作開展ISO校準方法的建立和優(yōu)化，將為國內(nèi)高精度塵埃粒子計數(shù)器的質(zhì)量控制貢獻力量。

測試數(shù)據(jù)見附表。

附錄1 設備測試結(jié)果