ATLAS Pixel: Stato 2002 e Programma 2003

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1 ATLAS Pixel: Stato 2002 e Programma 2003 Giovanni Darbo / INFN-Genova Giovanni.Darbo@ge.infn.it Breve update su test-beam e irraggiamento al PS; Project Plan e Milestone 2003; Profilo spesa CORE ; M&O, C&I, Supplementary Cost Attività e richieste 2003; Riassunto tabelle CORE; FTE e Responsabilità. Copia della presentazione: Catania, 19 Settembre 2002

2 Test Beam: Moduli DSM1 New DSM1 modules Old module Tre moduli sono stati testati a fine Agosto sul fascio H8 (GE#3, Bonn#2 e LBL#1) realizzati con i chip del primo batch (Feb.02): Oltre ai chip il sistema di R/O (TPLL/TPCC) e il DAQ (DAQ-1) sono nuovi; Oltre ai 3 moduli ci sono 4 piani di microstrip (50 µ pitch, σ = 6µm) a doppia faccia e lettura analogica; Il DAQ-1 riesce a leggere ~7000 eventi/burst. Catania, 19 Settembre

3 Hit map Hitmap (scala log) per un modulo completo (GE#3): Sono visibili pixel lunghi e ganged pixel; Le strisce verticali con zero conteggi sono doppie colonne morte nei chip di FE (abbiamo usato chip non completamente funzionanti del primo batch con bassa resa di produzione) Genova Modulo#3 Catania, 19 Settembre

4 Resolution: 1 vs 2 hits 60 MRad (single chip) Not irradiated (module) σ = 7.7 µm 46% σ = 6.4 µm 70% σ = 10.6 µm 54% σ = 6.8 µm 30% Catania, 19 Settembre

5 Efficienza in tempo 60 MRad (single chip) Not irradiated (module) exponential timewalk behaviour :1 e t / τ timewalk gaussian smearing late hits : e ( t 25ns)/ τ timewalk Catania, 19 Settembre

6 Ganged e Long Pixel Nella regione di separazione tra chip di FE ci sono sia pixel più lunghi (600µm) che ganged (vedi layout). L effetto si nota sia nei conteggi (sotto) che nella correlazione (per i ganged) con tracce estrapolate (in basso a destra) Catania, 19 Settembre

7 Funzionamento modulo multichip Nel modulo ci sono 16 chip che funzionano in parallelo. Se si chiede di istogrammare eventi con hit in più di un FE la zona tra 2 chip di FE viene messa in evidenza. Catania, 19 Settembre

8 MCC-I1: Irraggiamento al PS 7 MCC-I1 irraggiati al fascio del PS con protoni da 20 GeV/c ad inizio luglio. 3 Chip alimentati a 1.8 V e 4 a 2.2 V. L analisi dell attivazione del foglio di Al ha dato una dose media 2.7*10 15 p/cm2. Assumendo 2*10 15 p/cm2 = 55MRad, la dose totale corrisponde a 73 Mrad. Tutti i chip hanno continuato a funzionare fino alla massima dose e saranno ricaratterizzati in laboratorio una volta che la radiazione sarà scesa. 80 Accumulated dose (Mrad) Misure di Single Event Upset (SEU) sono state eseguite su tutti chip durante tutto il periodo d irraggiamento. L analisi non è ancora completata, ma abbiamo già alcuni risultati (vedi prossime slide) /07 2/07 3/07 4/07 5/07 6/07 7/07 8/07 9/07 10/07 11/07 Catania, 19 Settembre

9 MCC-I1 - Sezioni d urto per single bit flip (cm 2 ) 4.0E E E-14 Single bit flip X-section FIFO 2.2 V FF 2.2 V FIFO 1.8 V FF 1.8 V 2.5E E E E E E+00 (Mrad) Catania, 19 Settembre

10 MCC-I1: SEU Errori di sistema Gli MCC nel B-layer hanno 12.3x10 6 bit nelle FIFO e 0.57x10 6 FF. L effetto del bit-flip a livello di B-layer alla massima luminosotà: FIFO: critici perdita/creazione di l End-of-Event (EoE) eventi disallineati ogni ~ 10 s per tutto il B-layer FF: perdita di configurazione in global register, errori nelle macchine a stati ogni ~ 5 s per ogni FF nel B-layer Strategia (prossimo MCC-I2): Codifica degli EoE in modo rindondate nelle FIFO e uso 3 x FF con majority decision per i registri critici ~ 5% del totale di FF. Reset e reload priodico dei dati di configurazione: ogni qualche minuto di run. Catania, 19 Settembre

11 Date Importanti Panorama generale con particolare attenzione alle attività italiane e alle richieste finanziarie INFN. Le date indicate corrispondono a un project plan con inizio presa dati nel Date Importanti: - Consegna 120 wafer di sensori (CiS) e ~50 (Tesla): 28/06/02 UD - PRR Flex 8/10/02 GE-MI - FDR elettronica FE e MCC 10/10/02 GE - 10% bare staves completi 15/11/02 GE - Sottomissione FEI2 e MCCI2 1/12/02 GE - PRR Bare Module 10/12/02 GE-MI-UD - Inizio preproduzione moduli (FEI2 e MCCI2) 31/8/02 GE-MI-UD - Inizio produzione elettronica DSM 1/10/03 - Inizio produzione moduli 15/04/04 GE-MI-UD - Barrel (Disk) al CERN 06/05 - Pixel/Beam pipe nel pozzo 02/06 Catania, 19 Settembre

12 Milestone INFN 2002 Milestone progetto Pixel 2002 Data Milestone Stato 8/ Global Support & Support Tube PRR Completata FE-I2 & MCC Final Design Review (FDR) Flex Hybrid Production Readiness Review (PRR) Caratterizzazione regolatori tensione rad-hard Completata Progetto sistema power supply Catania, 19 Settembre

13 Milestone 2003 (da discutere) Proposta di milestone Pixel per il 2003, inserite nei moduli preventivi 2003 (da discutere con i referee). Milestone progetto Pixel 2003 Data Milestone Consegna prototipo finale elettronica rad-hard (DSM2) % sensori testati B-layer tooling (ITT) ready Espletamento gara bump-bonding FE,MCC & optical chip PRR Realizzazione di 3 prototipi PP2-box % Local Support ready Catania, 19 Settembre

14 M&O, C&I, Supplementary Costs Ripartizione: - TRT - PIXEL - SCT - ID Totale M&O-B (kchf) C&I (kchf) Suppl. Cost (kchf) INFN Sharing - Pixel 32.2% ID 6.3% Totale kchf Totale k I costi M&O-B 2002 sono stati approvati dall RRB di Aprile 2002; I costi M&O-B 2003 sono stati presentati all RRB di Aprile Catania, 19 Settembre

15 M&O, C&I, Supplementary Costs I costi M&O, C&I e Supplementary Costs per il 2002 sono stati ripartiti all interno della collaborazione Pixel (vedi tabella slide successiva) Per quanto riguarda la suddivisione dei costi tra le varie componenti della collaborazione Pixel per il 2003, questi verranno discussi al prossimo Pixel Steering Group (Ott.02). Nelle richieste 2003 abbiamo evidenziato alcune richieste che potrebbero rientrare in tali categorie (vedi tabella con dettaglio richieste) Catania, 19 Settembre

16 M&O, C&I, Supplementary Costs (2002) M&O-B 2002 Item Rich. (k ) Nota Test Beam Già dati 3.5 k Sistema DAQ-1 per il test beam 15.0 Cooling per moduli test beam 4.0 Power supply (HV+LV) per moduli test beam/lab CERN 6.0 Contributo strumentazione per lab pixel (DVM, oscilloscopio, ) 4.5 Totale 29.5 C&I-B 2002 Item Rich. (k ) Nota Refurbishing Racks per SR building (parte) 7.0 Contributo piping / cabling SR building 4.0 Contributo sistema di raffreddamento in SR building 21.0 Totale 32.0 Supplementary Costs Item Rich. (k ) Nota Sistema di ventilazione SR 22.5 Rinforzo pavimento Poli 10.5 Totale 33.0 Catania, 19 Settembre

17 Stato e programma Programma Attività: sensori Il flusso della produzione di sensori sta cominciando ora e dovrebbe durare per 15 mesi (50 wafer/mese -> 12 wafer/mese ad UD) UD gestirà il flusso di sensori che andranno ad una delle ditte di bumping (necessità di stoccaggio) Nel protocollo di misure elettriche dei wafer del rivelatore a pixel di Atlas, è prevista la misura di strutture tagliate dai wafer e successivamente irraggiate. UD si occuperà del test di tali strutture strutture che prevede circa 400 misure. Richieste finanziarie Non ci sono particolari richieste finanziarie a parte: Chuck freddo per qualificare sensori irradiati (a campionamento) come richiesto dal protocollo di QA/QC; Stoccaggio dei sensori da bumpare e trasporti. Catania, 19 Settembre

18 Hub - Sensori / BB / FE LBL / Bonn Tested FE wafers New Messico Dortmund Praga Tested sensors Udine Sensor tiles + FE chips Udine 50 / month x 15 months Sensor + FE wafers AMS Bump deposition AMS Flip chipping Bare modules Udine Implicazioni finanziarie: Stoccaggio wafer 3 k Trasporti 4 k Udine Bumped Sensors 3 / week Bumped FE 12 / week Genova X-ray Milano Bare module test US-Sensor Cutting US-Electronics Cutting/thinning Module Assembly Genova, Bonn, LBNL Catania, 19 Settembre

19 Stato e programma Programma Attività: meccanica C è un ritardo nella produzione del C-C per gli staves dovuto ad un errore umano: entrata aria nel forno. Questo ritardo non è ancora sul cammino critico del progetto. Tutte le attività preparatorie alla produzione sono state verificate e sono a punto, ma qualche tool (e.g. manipolazione staves) manca ancora. Progetto del sistema di inserzione del b_layer (ITT) è completo (passato CDR), deve essere realizzato e richiede finanziamenti. Richieste finanziarie GE: macchina per montaggio moduli su stave (duplicazione disegno Marsiglia); GE: tools per manipolare gli stave prima dell assemblaggio sui supporti globali; MI: materiale per realizzare la macchina di montaggio del b_layer insieme con Layer 1 e 2 e i dischi MI: la macchina di misura Poli (originariamente di DELPHI) va spostata nel SR building. Allo stesso momento sarà necessario un aggiornamento di alcuni componenti hardware e software. Catania, 19 Settembre

20 Programma Attività: elettronica 1/2 Stato e programma La sottomissione FE-I2+MCC-I2 richiede alcune modifiche. In particolare le misure di single event upset sull MCC mostrano che il disegno attuale è un po al limite per l applicazione in ATLAS. Le modifiche si limiteranno ad alcune parti critiche del chip. Sembra probabile che l MCC-I2 (insieme agli opto chip) verrà sottomesso in un run separato dai FE-I2 (12/02). L engineering run MCC-I2 + opto chip (3/03) di 12 wafer e sufficiente per la produzione di tutto il rivelatore. L inizio della produzione della elettronica sarà nel Si sta studiando la possibilità di usare il secondo engeneering run (DSM2) per una preproduzione: 12 wafer + 48 wafer. Questo potrebbe permettere di produrre 100 moduli per qualifica moduli da usare per i dischi. I primi 12 wafer (FE-I2) dovrebbero essere pronti 2/03 test 3/03 48 wafer 6/03, MCC-I2 sottomissione 3/03 produzione+test 6/03 (in tempo per bump-bonding - vedi gara BB) Bisogna procedere con prototipi e possibilmente preserie Power Supplies nel Catania, 19 Settembre

21 Programma Attività: elettronica 2/2 Richieste finanziarie Produzione (10 %) FE-I -> 96 wafer e completa MCC-I (12 wafer). Se non si riuscisse a completare il ridisegno MCC in tempo per DSM2 (12/02) si potrebbe avere un run aggiuntivo DSM (MCC-I2) nel Realizzazione di alcuni (3) PP2 di preproduzione (alim.rad hard nel patch pannel 2) e campioni di cavi finali. Tali alimentatori verranno usati per il test degli stave nei lab di produzione (GE, LBL, Marsiglia). Consumi per completare test sui regolatori radiation hard. Si chiedono (S.J.) fondi per acquistare i regolatori rad-hard della ST. Catania, 19 Settembre

22 Programma Attività: ibridizzazione 1/2 Stato e programma Il ritardo nella produzione di elettronica si ripercuote sulla produzione di moduli, i primi moduli DSM cominciano ad apparire adesso e sono in fase di studio. Con i 24 wafer acquistati dal secondo batch stiamo realizzano un numero sufficiente di moduli ( ) per mettere a punto e capire la resa del processo produttivo. Pensiamo di iniziare una pre-produzione di moduli usando chip DSM2 (6/03) prima di iniziare la produzione (inizio 04). La gara per il bump-bonding dovrebbe essere completata (6/03) in tempo per la preproduzione. In questo modo si riuscirebbe a recuperare parte del ritardo accumulato nell elettronica a scapito di qualche rischio (i moduli potrebbero essere utilizzati per i dischi che sono meno critici e come spare) Il sistema di microcavi è critico. Questi sono più complessi e richiedono più man power del previsto. C è una richiesta di Bonn per aiuto in produzione, forse questo non avrà ancora ripercussioni nel 2003, ma va considerato. Catania, 19 Settembre

23 Produzione moduli Oklahoma Produzione FLEX Bare module Wuppertal TMT CPPM Al tube Plyform GE, Oklahoma Test FLEX + MCC Plyform Stave Dischi LBNL Bonn, GE, LBNL Dress module GE Post lavorazione Bonn, GE, MI, LBNL Test module GE Misura e Qualifica Bonn, CPPM, GE Moduli su stave Catania, 19 Settembre

24 Programma Attività: ibridizzazione 2/2 Richieste finanziarie Nel 2003 si chiede l impegno per la gara per il BB, anche se solo il 10% andrà in cassa. E fondamentale che la gara possa partire il primo gennaio (o meglio dopo il PRR dei bare moduli di dicembre) disponibilità di finanziamento. La quota italiana sul BB passerà dal 46% al 56%, sul flex hybrid passerà a 0% contributo totale italiano inalterato. Ci sono richieste (piccole) per microcavi, patch pannel e cavi per test delle componenti del sistema. Catania, 19 Settembre

25 Finanziamenti Core al 2002 La tabella riepiloga i costi core finanziati fino a Giugno 02. Nella ripartizione per capitoli risulta che la meccanica dei supporti locali ( ) ha sforato di 50 k la quota italiana del MoU. Tale cifra corrisponde all extra costo riportato da Amendolia nella colonna piano di spesa 2001 Si prevede un risparmio nell elettronica rad-hard, ma cavi e power supply sono stati sottostimati. Al momento si pensa di stare nell envelope previsto, ma solo quando le gare saranno espletate si avrà un quadro più chiaro. Fianziamenti INFN CORE per capitoli MoU Cap. Descrizione INFN MoU INFN MoU INFN MoU Fin.ati Rich (kchf) (k ) % (k ) (k ) (k ) Construction of barrel supports including cooling pipes Construction of support structure and tooling On-chip rad-hard electronics 1,794 1, , Sensors Module integration 1,555 1, , Cables, links, power supplies and DCS Module ID General Pixel Totale 5,071 3, ,353 1,818 Totale CORE fino al 2003 CORE Residuo da chiedere ,120 1,818 3,938 Catania, 19 Settembre

26 Composizione e Responsabilità Sezione Ricercatori Tecnologi Tecnici No. FTE'03 FTE'02 No. FTE'03 FTE'02 No. FTE'03 Servizi GE MI m.u. UD Responsabilit GE: Carlo Caso - Chairman of the Publications Comm. Dario Barberis - Coord. Software ID e b-tagging Giovanni Darbo - Resp. Elettronica di Sistema Polina Netchaeva - Coord. Production Data Base Paolo Morettini - Responsabile DAQ Marco Olcese - Project Engineer Fabrizio Parodi - Coord. B-tagging trigger Leonardo Rossi - Project Leader Responsabilit MI: Attilio Andreazza - Resp. Produzione Moduli Clara Troncon - Resp. Test Beam Responsabilit UD: Marina Cobal - Coord. Top Physics WG e ATLAS speakers Committee Catania, 19 Settembre