CMS ECAL STATUS REPORT

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1 CMS ECAL STATUS REPORT PRODUZIONE CRISTALLI COSTRUZIONE MODULI E NEI CR ELETTRONICA SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO PROGRESSI E PROBLEMI STATO IMPEGNI INFN CONCLUSIONI

2 PRODUZIONE CRISTALLI/CONSEGNE EB Crystal production % # crystals Q Q Q Q Q Q Q Q Planning Delivered jj-avr-aa 05 Sept Critical path Q Q Date Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q4 2005

3 PRODUZIONE CRISTALLI PROBLEMI TECNICI DI VARIA NATURA: IL NUOVO SCHEMA 2 1 NON E ANCORA IN PRODUZIONE (PREVISTO Q1 2003) ANNEALING/TAGLIO DEI LINGOTTI YIELD INSUFFICIENTE PROBLEMI FINANZIARI: AUMENTO SOSTANZIALE DEL COSTO DELL ELETTRICITA (RADDOPPIATO DAL 2001) A MAGGIO META DEI FORNI SONO STATI SPENTI! RISULTATO: PROPOSTA DA BTCP NUOVA SCHEDULA REALISTICA CHE PREVEDE LA FINE DELLA CONSEGNA DEI CRISTALLI DEL BARREL PER Q4 2005!

4 PRODUZIONE CRISTALLI DELIVERY SCHEDULES Given by BTCP Delivered Total 3Q 4Q 1Q 2Q 3Q 4Q 1Q 2Q 3Q 4Q Realistic Aggrsve Large ingot mechanical processing technology installation Production period +25 additional furnaces 9 CERN-ISTC-BTCP Meeting

5 PRODUZIONE DEI CRISTALLI/IMPATTO Realistic Agrressive Lower HB+ HB IN OGNI CASO C E UNA COLLISIONE CON L INSTALLAZIONE, BISOGNA FARE MEGLIO!

6 PRODUZIONE CRISTALLI/COSTI AGGIUNTIVI Cost increases (information given by BTCP) Doubling of electricity costs since feb 2001 (main cost driver). Also important cost increases for Pt and manpower Direct impact of these cost increases on the rest of the barrel production is 2.5M$ Cost borne by Bogoroditsk for any futher increase Raw materials Cost of labour ISTC is willing to contribute (for innovation within 1718 project) (P. Lecoq - LHCC SETT 2003)

7 PRODUZIONE MODULI/COMPONENTI Cristalli: 33% APD: produzione/screening avanzati, completi Apr 04 Capsules: 38% inizio Sett 03 Alveoli : 50% consegnati fine Q2-03, fine produzione <03 Tablets: 73% Giu 03 APD Production % # APDs Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Planning Delivered jj-jun-aa Critical path Date

8 PRODUZIONE MODULI E M1 CERN M2 Rome M3 Rome M4 CERN Bare Comple ted Module Completed in RC Module Completed & shipped to CERN/lab27 Module In progress ECAL-CMS goal for the end of 2003 Bare* Super-Module Completed Super-Module In progress

9 PRODUZIONE SUPER MODULI

10 ELETTRONICA/RIASSUNTO Stesso schema del TP (1994) Riduzione di un fattore 8 dei data link e semplificazione dell elettronica off detector Drastica riduzione del costo CAMBIO DI ARCHITETTURA FE (ESTATE 2002) PROTOTIPO TORRE DI TRIGGER PROVATO SU FASCIO 2003, FUNZIONA! DECISIONE STUDIO SOLUZIONE BACKUP O,25µm PER SOSTITUIRE BASELINE (FPPA+ADC AD) RISCHIOSA E COSTOSA (Q4 2002) CAMBIO TECNOLOGIA BASELINE O,25µm (ECAL WEEK LUG 2003) BASATO SU TEST DEI CHIP PRODOTTI NEL MPW RUN DI MAR 2003: YIELD DEI CHIP (MPGA/ADC) > 95% RIPENSAMENTO RAFFREDDAMENTO, INTEGRAZIONE E INGEGNERIZZAZIONE FINALE (DA Q4 2002): ELETTRONICA E RAFFREDDAMENTO FATTORIZZATI

11 ELETTRONICA/MPGA/ADC MPGA FUNZIONA E PROBABILMENTE NON NECESSITA RITOCCHI: NOISE (7850e) MEGLIO DELLE SPEC (10000e) LINEARITA OK PULSE SHAPE IN SPECIFICA NUOVA FUNZIONE DI CALIB. RELATIVA OK ADC FUNZIONA MA NECESSITA DI REVISIONE: INIZIO LUGLIO 03 TEST SU CHIP FINITI NUMERO DI BIT SOTTO LA SPECIFICA DESIGN REVIEW SETTIMANA 22 SETT NUOVA SOTTOMISSIONE DEL CHIP IN OTT 03 linearity [%] MPGA pulse shape matching [%] MPGA signal amplitude [pc] signal amplitude [pc]

12 ELETTRONICA/TORRE 0,25µm IN LAB 56 Mev TEST OTTOBRE: OPPORTUNITA 50 CANALI NUOVO SISTEMA SU FASCIO CON 1 (LIMITATO # ADC) 300 FPPA SU FASCIO CON 0 E NUOVA ARCHITETTURA (TEST MOLTE FE INSIEME)

13 ELETTRONICA/POSSIBILE STRATEGIA PER POTER CALIBRARE NEL 2004 N>1 LA PRODUZIONE DEVE PARTIRE SUBITO DOPO LA REWIEV ESR 8/9 OTT POSSIBILE STRATEGIA DI PRODUZIONE: Engineering run per tutti i tipi di chip OTT 03 6 Wafers MGPA/ADC/FENIX: pre-serie di circa 3 Pre-serie per la fabbricazione delle schede GEN 04 Integrare 1 Modulo in Q (0/M4) Integrare 1 SuperModule in Q (1) Ordine dei wafer per la produzione dei chip GEN 04 Dopo il test e l accettazione dei chip di pre-serie Prod. delle schede dopo la validazione della pre-serie in 0 Elettronica di produzione Q Integrazione dei successivi 3 al ritmo di 1/mese in Q Integrazione dei a regime in Q SCHEDULA PRIVA DI CONTINGENZA, UN RITMO PIU BLANDO RIDUCE IL NUMERO N DI SUPER MODULI CALIBRABILI NEL 2004.

14 SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO T ~ ± C su 3 volte il tempo di calibrazione. T ~ C uniformità all interno di un supermodulo. 2.5 W/canale devono essere prelevati direttamente sulle componenti di elettronica, per evitare convezione. Essenziale un buon contatto termico tra l acqua raffreddamento Il calore che passa, attraverso i cavi di kapton, sull APD deve essere minimizzato. Da M.Paganoni

15 INTEGRAZIONE RAFFREDDAMENTO/ELETTRONICA Meccanica ed elettronica vanno montate separatamente. La sostituzione di una scheda FE/VFE non deve richiedere lo smontaggio del circuito di raffreddamento. La meccanica deve rispettare la struttura a torre di trigger (5 x 5 cristalli) per ottimizzare l uso dello scarso spazio. Le schede di elettronica devono essere fornite di un housing frontale (2 mm Al) per facilitarne la manipolazione. Da M.Paganoni

16 BLOCCO ELETTRONICA/RAFFREDDAMENTO Da M.Paganoni

17 SCHERMO TERMICO Ultima barriera al calore di convezione prima della griglia (progettato quando la VFE era collegata direttamente sul connettore). Complessità costruttiva lo rende molto costoso. Effetto negativo sulla tenuta dei connettori. Da M.Paganoni

18 Da M.Paganoni Blocco di cooling montato sopra schermo termico emother boards Montaggio delle carte VFE/LVR sulle barre di raffreddamento Carta FE a chiusura della torre di trigger

19 Housing con gap pad Berquist ultrasoft (1 mm). C = 1 W/K m Carta Low Voltage Regulator con gap filler Berquist (dopo smontaggio) C = 2 W/K m Mother Board montata sui supporti sopra lo schermo termico Da M.Paganoni

20 COSTRUZIONE PRE-SERIE 2 sistemi di raffreddamento completi (tipo IV) sono stati costruiti ed installati in 0 e 1. 1 sistema di raffreddamento (tipo II) è stato costruito per il test termico su M0. 2 sistemi di raffreddamento sono in fase di costruzione per completare 1 supermodulo entro Da M.Paganoni

21 TEST RAFFREDDAMENTO SU M0 Test di integrazione su 400 canali. Validazione del sistema di cooling. Studio per semplificare lo schermo termico (costo elevato ed aumento difficoltà di tenuta dei connettori SERTO). M0 con fake cards di dissipazione termica superiore del 30 % all elettronica finale (75 w/torre trigger). ~ 50 sensori termici in varie posizioni sopra la griglia (AD590) e nei manifold dell acqua (PT100). lettura dei 40 termistori montati sui cristalli. Da M.Paganoni

22 TEST RAFFREDDAMENTO/1 3 posizioni di misura, per verificare gli effetti della convezione in CMS (ore 3,6,12). A partire dal 15/8/03 fino al 30/9/03 sono in corso 3 campagne di misura: - senza schermo termico, con cavalier di plastica - senza schermo termico e senza cavalier - con schermo termico Da M.Paganoni

23 TEST RAFFREDDAMENTO/2 Nessun problema di integrazione. Sostituzione di una scheda di elettronica facile (montaggio e smontaggio gap pad e gap filler veloci). Fondamentale che le componenti di elettronica abbiano packaging speciale per dissipare verso l housing e non verso la board in caso contrario le LVR raggiungono 60 ºC e la convezione diviene rilevante! Da M.Paganoni

24 TEST RAFFREDDAMENTO/ON-OFF ELETTRONICA ACQUA OUT on off on ACQUA IN T GRIGLIA Da M.Paganoni

25 SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO Variazione di (T APD -T acqua ) nell accensione/spegnimento dell elettronica: < 0.1 ºC (no schermo termico) ore 12 ore 6 w/o cavalier w/o cavalier Effetto della convezione <0.02ºC> Da M.Paganoni

26 TEST RAFFREDDAMENTO/GRADIENTE ORE 12 Water in senza schermo termico Da M.Paganoni

27 TEST RAFFREDDAMENTO/GRADIENTE ORE 3 down Water in up senza schermo termico Da M.Paganoni

28 TEST BEAM 2003 PRIMO PERIODO : AGO- SET FPPA-2002 MA NUOVA ARCHITETTURA READ OUT DUE SISTEMI LASER (FINALI CMS), 4 λ: 440, 520, 700, 800 nm VERSIONE PROTOTIPO DCS with PVSS2 NUOVA UNITA DI COOLING (2) PROTOTIPO CMS FINALE REVISIONE E RIORGANIZZAZIONE RADICALE DEL SOFTWARE OBIETTIVI: TEST NUOVA ARCHITETTURA. VALIDARE LE SOMME DI TRIGGER CON IL FENIX PREPARAZIONE PRE-CALIBRAZIONE STUDI DI RADIATION HARDNESS CON DIVERSE LUNGHEZZE D ONDA DEL LASER SECONDO PERIODO: 3W OTT 0+1(?) 50 CANALI ELETTRONICA FINALE

29 TEST BEAM 2004/PIANO TENTATIVO Nº Task Name Début Fin Durée Mer 07/02/01 Jeu 28/10/ j 265 Crystals delivery Mer 07/02/01 Mer 07/02/01 1 j capsules delive Lun 25/03/02 Mar 28/05/02 45 j 267 Assembly modules S Mer 27/03/02 Mer 20/11/ j 268 Mechanical assembl Ven 25/04/03 Mar 29/07/03 67 j 269 Rear cooling installa Lun 01/03/04 Lun 26/04/04 40 j 270 Elect. installation Mar 27/04/04 Mer 07/07/04 50 j 271 Commissioning 1 Sam 17/07/04 Lun 16/08/04 31 j 272 Calibration 1 (1st Mar 17/08/04 Jeu 16/09/04 31 j 273 Calibration 1 (2nd Ven 15/10/04 Jeu 28/10/04 14 j Mer 07/02/01 Jeu 23/09/ j 275 Crystals delivery Mer 07/02/01 Mer 07/02/01 1 j Capsules Mar 28/05/02 Ven 28/06/02 24 j 277 Assembly modules S Lun 03/06/02 Jeu 12/12/ j 278 Mechanical assembl Lun 04/08/03 Mer 03/09/03 23 j 279 Rear cooling installa Lun 24/05/04 Lun 21/06/04 20 j 280 Elect. installation Mar 22/06/04 Mer 21/07/04 22 j 281 Calibration 2 Ven 17/09/04 Jeu 23/09/04 7 j Lun 30/07/01 Jeu 30/09/ j 283 Crystals delivery Lun 30/07/01 Lun 30/07/01 1 j Capsules Mar 03/09/02 Mar 03/09/02 0 j 285 Assembly modules S Mer 24/07/02 Mer 05/02/ j 286 Mechanical assemb Mer 10/09/03 Ven 10/10/03 23 j 287 Rear cooling installa Mer 30/06/04 Mer 21/07/04 16 j 288 Elect. installation Jeu 22/07/04 Jeu 19/08/04 22 j 289 Calibration 3 Ven 24/09/04 Jeu 30/09/04 7 j Ven 05/07/02 Jeu 07/10/ j 291 Crystals delivery Ven 05/07/02 Ven 05/07/02 1 j Capsules Mar 10/09/02 Mar 10/09/02 1 j 293 Assembly modules S Ven 20/09/02 Jeu 01/05/ j 294 Mechanical assembl Mer 01/10/03 Ven 31/10/03 23 j 295 Rear cooling installa Jeu 22/07/04 Mer 11/08/04 16 j 296 Elect. installation Ven 20/08/04 Lun 20/09/04 22 j 297 Calibration 4 Ven 01/10/04 Jeu 07/10/04 7 j Ven 16/08/02 Jeu 14/10/ j 299 Crystals delivery Ven 16/08/02 Ven 16/08/02 1 j Capsules Mar 15/10/02 Mar 15/10/02 1 j 301 Assembly modules S Lun 18/11/02 Lun 21/07/ j 302 Mechanical assembl Mer 22/10/03 Ven 21/11/03 23 j 303 Rear cooling installa Jeu 12/08/04 Lun 23/08/04 8 j 304 Elect. installation Mar 07/09/04 Mer 22/09/04 12 j 305 Calibration 5 Ven 08/10/04 Jeu 14/10/04 7 j 2004 T1 T2 T3 T4 T1 0 (1700 crystals w/400 channels MGPA) Procedure validation & detailed studies : 30 days 1 (1700 crystals fully equipped) A. Precalibration & Studies : 31 days B. Precalibration Recheck: 14 days 2 (1700 crystals fully equipped) Precalibration : 7 days 3 (1700 crystals fully equipped) Precalibration : 7 days 4 (1700 crystals fully equipped) Precalibration : 7 days 5 (1700 crystals fully equipped) Precalibration : 7 days 2004 Draft Test beam schedule: SPS start: 3 May to end of run: 1 November

30 IMPEGNI INFN PRODUZIONE GRIGLIE (RM): TERMINATA 05/03 (36X4=144 PEZZI) PRODUZIONE SUPER BASKETS (RM) AVVIATA: CONSEGNATI 10SB - TEST OK TERMINE PRODUZIONE (36 SB) < MAR 04 PRODUZIONE ALIMENTATORI HV APD (RM): CONSEGNATI 10 CRATES - TEST IN CORSO TERMINE PRODUZIONE (18 CRT) < DIC 03 GARA CAVI HV (RM): CONCLUSA NEL BUDGET ALLOCATO. PRATICHE BUROCRATICHE IN CORSO SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO (MI): PRODOTTO PROTOTIPO(I) INGEGNERIZZATO(I) TEST RAFFREDDAMENTO OK RICHIESTA SBLOCCO SOLDI GARA GRI SET 03 NUOVO ELEMENTO MOTHERBOARD: POSSIBILE IMPEGNO TO (CONTENUTO IN 4.9MCHF ACCORDATI A ECAL) SOGGETTO AD APPROVAZIONE GRI

31 CONCLUSIONI I PROGRESSI NELL'ELETTRONICA DI VFE/FE RAPPRESENTANO CERTAMENTE UN IMPORTANTE PASSO AVANTI DEL PROGETTO. LA PRODUZIONE DEI CRISTALLI RAPPRESENTA ATTUALMENTE IL PUNTO CRITICO DEL PROGETTO. CERTAMENTE CI SARA'UN COSTO AGGIUNTIVO NON TRASCURABILE. NON E'CHIARO SE LA ATTUALE CAPACITA' DI PRODUZIONE SIA COMPATIBILE CON LA SCHEDULA DI CMS. E ALLO STUDIO LA POSSIBILITA DI INSTALLARE ALCUNI DOPO IL TRACKER. L IMPEGNO DI MILANO PER IL TEST DEL SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO QUESTA ESTATE HA PORTATO OTTIMI RISULTATI CHE RAPPRESENTANO UN FORTE PROGRESSO PER ECAL ED UN SUCCESSO PER L'INFN. LO SFORZO DI CALIBRAZIONE NEL 2004 SARA CRUCIALE, PER QUESTO INTENDIAMO COME INFN ASSUMERE UN RUOLO TRAINANTE (NE ABBIAMO LA COMPETENZA, LA FORZA E LA VOGLIA).