Pixel Status Report. Maggio 2004

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1 Pixel Status Report Maggio 2004 Chiara Meroni INFN-Milano Stato della produzione Attivita integrazione e installazione Risultati test beam ATLAS Pixel Status Report Chiara Meroni - INFN / Milano ATLAS Italia, Milano, 11 Maggio 2004

2 Sensori CiS ha fornito ~1121 tiles qualificate quasi completamente nei laboratori (~250 caratterizzate a Udine). Tesla (diventata ON Semiconductor) dopo la verifica positiva post irraggiamento dei loro sensori di preproduzione, a fine Aprile ha consegnato il 10% della produzione. CiS CSN1, Roma, 18 Maggio

3 Sensori (ON) Il contratto con ON prevedeva la produzione in 4 mesi di 900 tiles (10%: 31/3/04, 40%: 30/4/04, 70%: 31/5/04, 100%: 30/6/04). Nei wafer testati si e pero evidenziato un problema di resa (yield~15%) dovuto a QC sorprendentemente carente. Individuate le azioni correttive discutendo con ON. Il profilo slittera di 2 mesi (se ok la prossima consegna di Giugno) o il contratto verra rescisso (abbiamo opzione con CiS, pero prezzo(cis)~2prezzo(tesla)), i.e. +~100kCHF x INFN) 2 sensori qualificati sono stati assemblati come moduli. Le loro prestazioni sono pienamente soddisfacenti e fanno parte del set di 7 moduli sotto irraggiamento al PS. CSN1, Roma, 18 Maggio

4 ON CiS CSN1, Roma, 18 Maggio

5 MCC e FE Sia FE-I2 che MCC-I2, consegnati a Maggio 03, avevano degli errori di disegno. MCC-I2.1: Sottomessa a fine luglio respin su 6 wafer MCC-I2 non completamente processati dall IBM. Introdotta la correzione sulla connessione linea di enable a VDD dell MCC-I2 utilizzando una sola maschera modificata. Si sono ottenuti 6 wafer MCC-I2.1 testati dalla Delta (DK). FE-I2.1 Respin di 6 wafer con modifica di 3 maschere per aggiustare il timing nel global register. Lo yield su wafer e stato ~85% per cui sono stati prodotti 30 IZM +31 AMS moduli FEI2.1. Moduli FEI2.1+MCCI2.1 gialli, cioe MCC appena sotto al taglio applicato sulla minima DVDD, sono stati utilizzati per testare le catene di assemblaggio e test nei vari siti, dal bare module allo stave. CSN1, Roma, 18 Maggio

6 MCC-I2.1 Prodotti 6 wafer con 536 MCC potenzialmente buoni per wafer 2666 good MCC-I2 i.e. 83% (1744 nel rivelatore a 3 layers) CSN1, Roma, 18 Maggio

7 FEI3 Primo engeneering run di 6 wafer consegnato a Dic 03. Test elettrico sui chip a livello di wafer sono eseguiti a LBL e Bonn: La resa tipica del test su wafer e ~65% (varia dal 55 all 80%) Sui single chips test elettrico ed ispezione visiva dopo bumping/assottigliamento/taglio 0.6% non passano I test elettrici 12% non passano ispezione visiva test su wafer e time consuming alla PixelWeek si decidera se eliminarlo CSN1, Roma, 18 Maggio

8 Produzione dei FE chip Primo production run (48 wafer) consegnato a meta febbraio 04. Ad oggi sono stati testati circa i 2/3 dei wafer e lo yield ~ 65% Se si considera una resa del 65% a livello di wafer e di ~85% a livello di chip, partendo da 288 chip/wafer si ottengono 10 moduli per ogni wafer. Contratto con IBM prevede altre 4 consegne da 48 wafer(luglio, Agosto, Ottobre, Dicembre 04) => il totale dei chips sarebbe (a yield costante) sufficiente per ~ 2400 moduli, quindi abbastanza per 3- layer se i rendimenti delle fasi successive superiori al 70%. CSN1, Roma, 18 Maggio

9 Flex Hybrid Flex Hybrid: Flex Hybrid 5.1 (versione produzione) 2000 consegnati (1000 a Maggio 03 e 1000 a Gennaio 04), montaggio componenti e test tenuta alta tensione procede bene (UOK). Cavi tipo 0: Preproduzione e qualifica a Bonn, produzione sara fatta a Taiwan. Primi prototipi ok consegnati ad Aprile 04. Pigtail: Produzione e test a Bonn CSN1, Roma, 18 Maggio

10 Module Assembly and Testing Flex+MCC Genova/Bonn/LBL Pigtail Bonn Bare module AMS/IZM MCC operation + connectivity Elco connectivity? Bare module test Flex+MCC+Pigtail gluing PT wire bonding HV+voltage drop +peel test Post burn-in test Burn-in Assembly test Flex module gluing wire bonding/ pull potting Cold full characterization selezione per montaggio CSN1, Roma, 18 Maggio

11 Bare and Flex Assembly yield (I2.1+I3) Prime misure di rendiment rendimento moduli AMS IZM Delivered bare modules Bump problems 3 5 VDDA short 6 3 VDD short 1 3 bad sensor 1 damaged during probing 2 No answer to analog injection 2 Others 1 REPAIRED 11 4 Total good bare modules Assembled modules 76 Damaged during assembly 1 Increased leakage current 1 Elco connector faults 2 VDDA shorts 2 ToT problems 3 XCK/DVDD shorts 1 MCC faults 1 Flex faults 1 REPAIRED 4 Total good modules 69 87% N.B. alcuni di questi difetti sono riparabili o evitabili in futuro 90% CSN1, Roma, 18 Maggio

12 Operazione Work packages (PPT) Quantità Stato Deadline Tempo rimanente Bump bonding: 2005/09/29 72 sett AMS ~20/sett IZM Bare module test: 2005/10/15 74 sett Milano ~15/sett NRW Assembly: 2005/10/15 74 sett Fornitura di chip da LBL Target 20/sett. Genova ~10/sett LBL 400 NRW 800 Flex module test: 2005/10/30 76 sett. CPPM Genova/Milano ~8 sett. LBL Target >10/sett. NRW CSN1, Roma, 18 Maggio

13 Macchina per wirebonding: H&K Bondjet-715 CSN1, Roma, 18 Maggio

14 Pull test e Potting Acquistata una Dage 3000 per pull test dei wirebond. Setup adattato per fare il potting dei wirebond. pigtail dgrid test frame CSN1, Roma, 18 Maggio

15 Conclusioni sui moduli La pre-produzione (I2.1) si è svolta con ragionevole successo. In particolare Genova ha assemblato e qualificato ~20 moduli FEI2.1 che servono per lo stave e per il test beam combinato. Ottenuta la prequalifica del sito (10 moduli), Entro un mese richiesta per la qualifica finale (50 moduli). Gli altri siti (LBL, Bonn ) verrano pre-qualificati a breve. La produzione (I3) sta cominciando. Mancano specifiche finali sui test di flex+mcc (test completo a Genova, ridotto a Bonn) e flex+mcc+pigtail sequenza completa di burn-in funzioni di report dal PDB per la selezione dei moduli (dovrebbero però esistere le infrastrutture) Si necessita di finalizzare: caricamento dei risultati dei test sul PDB addizionali test elettrici sui bare definizione di pixel cattivi Colli di bottiglia: pull test (riducibile) test prima e dopo burn-in (impiego di piu persone) CSN1, Roma, 18 Maggio

16 Attività di Produzione sugli Stave Produzione staves alla Plyform prosegue con continuita : 80/150 stave consegnati Qualifica di conducibilità termica e qualifica meccanica Alleggerimento (55) e incollaggio supporti in peek (33) Stave: Montaggio moduli. Qualifiche: meccanica, elettrica e termica. System test, compreso sviluppo del software DAQ per gestione ROD CSN1, Roma, 18 Maggio

17 Misure su stave FE-I2 Stave FE-I2 completato con 13 moduli! Misure meccaniche fatte con CMM risultati preliminari mostrano un errore di circa ±100 µm nei primi moduli (sbava potting?), che si riduce a ±25 µm negli ultimi (scontro di riferimento del modulo portato a 2 punti invece di tutta la lunghezza). Nel gruppo il cradle dello stave e stato tolto e rimesso sul robot. Stave 4008 FE-pad (side=nopigtail) mm mm First deposit Third deposit Second deposit Second deposit mm CSN1, Roma, 18 Maggio

18 Cold Box La cold box e pronta per essere usata: Flusso di azoto con sensore di umidita Raffreddata da un Lauda RP845C Movimentazione lineare per lo spostamento della sorgente radioattiva. Radiatori Porta sorgente Stave Movimento lineare CSN1, Roma, 18 Maggio

19 Test geometrici/elettrici Bow nelle tolleranze dopo la modifica della testa del robot (in giallo i moduli della prima deposizione) Bow (um) mm Z coord (mm) Eseguiti test elettrici a caldo con esito positivo su tutti i moduli, seguiranno i cicli termici(-30,30) e la caratterizzazione piu completa inizio di test di sistema entro giugno pre-qualifica per montaggio stave I3 CSN1, Roma, 18 Maggio

20 Test termici Termofoto sono state fatte per tutti moduli. Non si sono evidenziati punti caldi. Tipicamente si ha un aumento di 4 C con un potenza di 3.8W (liquido refrigerante a 15C). CSN1, Roma, 18 Maggio

21 Sistema di alimentazione La scelta della tecnologia DSM per il FE ha diminuito costi e migliorato resistenza radiazioni, ma ha diminuito la massima tensione accettabile al modulo (~4V) necessita di introdurre una struttura di regolazione vicino al rivelatore PP2 boxes posizionate su piattaforme vicine al 1 layer camere muoni Nel 2003,sulla base dell FDR, avevamo chiesto finanziamento per realizzazione PP2 power boxes e per l acquisto di cavi di tipo II (dal rivelatore alle scatole PP2) lunghi 9m 3 prototipi delle scatole di potenza sono stati realizzati e anche una prima versione delle schede con i regolatori All inizio del 2004 e stata proposta una ottimizzazione del numero e della posizione delle scatole per risolvere alcuni problemi di routing dei cavi: previous layout of PP2 did not have sufficient access for people It did not allow access to the electronics on the back side of the muon chambers (unless removing the PP2 boxes) Space for inlet/outlet connectors was largely underestimated (ID Project Engineer) La lunghezza dei cavi di tipo II dell ID e cresciuta sostanzialmente (14m) Conseguenze: aumento del voltage drop che era gia critico risolvibile con l aumento della sezione del conduttore Sospensione della gara INFN gia in atto (consegna prevista 08/04) CSN1, Roma, 18 Maggio

22 Sistema di alimentazione Configurazione tipica dei servizi a PP2: - Voltage regulator box <-> Power Boxes 2 - NTC/Opto box 3 - ENV box 4 - HV cable splicing 1 CSN1, Roma, 18 Maggio

23 Sistema di alimentazione Ma non tutto il male viene per nuocere: Ritardo installazione toroidi ha cambiato schedula installazione cavi ID Un ulteriore tipo di isolante (Syltem) e stato qualificato dal CERN per uso in ambiente di alta radiazione (300kRad) produzione europea e costo inferiore al kapton possibile risparmio Aumentata attenzione sulla definizione dei servizi in tutti i dettagli ID ha definito recentemente procedura ufficiale per l acquisizione del materiale per i servizi In preparazione nuovo capitolato tecnico conforme alle nuove lunghezze ufficiali (responsabilita ID) Richiesta di adeguamento finanziamento sistema di distribuzione PP2 (power boxes, NTC-Opto, ENV Box) CSN1, Roma, 18 Maggio

24 richieste finanziarie 5/2004 MILANO: Integrazione PP2 (MI): Completamento prototipizz. e attrezzature siti di test 16 k IVA incl (10k cons e 6k CA ) Modifiche progetto sistema installato in Atlas 38k IVA incl 26k (CORE)+5kIVA (extra scatole in ATLAS+spares) + 6k (C2C)+1k IVA (extra scatola SR building) PP2 patch panel NTC-OPTO: 20k (CORE) ENV 5k (CORE) IVA esclusa - consegna al CERN CSN1, Roma, 18 Maggio

25 ITT e PIXEL DETECTOR package ITT Insertion and Testing Tool Pixel Detector Package viene assemblato sull ITT ed e formato da: Beam Pipe Barrel Frame Half Shells (Layer 1 and Layer 2) B-layer half shells Disk Sectors Service Panels Beam Pipe Support Structure (BPSS) Endcone Disk Rings Barrel Shells Staves Endplate Sectors Disk Frame Barrel Frame Disk Ring Mounts PIXEL DETECTOR CSN1, Roma, 18 Maggio

26 Integration & Testing Tool - ITT L ITT è in fase di test. Le Support Shell necessarie per l assemblaggio al CERN non sono ancora state consegnate ITT sarà utilizzato nel 2004 per un test di assemblaggio e di survey delle strutture globali di supporto. CSN1, Roma, 18 Maggio

27 Integration & Testing Tool - ITT ITT massima rotazione +/- 80 gradi Prove di rotazione e di carico Per la fase di test del rivelatore al SR building e per l installazione e in progettazione un ulteriore tool DST CSN1, Roma, 18 Maggio

28 DST- Dummy Support Tube DST serve per Test del Pixel detector in SR building Trasporto dentro il pit Trasferimento dentro il PST(Pixel Support Tube) FDR 21/5/ CSN1, Roma, 18 Maggio

29 DST- Dummy Support Tube PIXEL DETECTOR package, dopo l integrazione, e trasferito dall ITT nel DST per: removable extension of DST inner rails for transition PIXEL PACKAGE DST rails DST (Dummy Support Tube) C SIDE ITT PIXEL DETECTOR TEST PP1 connections possible on both sides with interface copying to Pixel Support Tube annular nose Nitrogen atmosphere is maintained into DST to avoid moisture condensation during cold temperature test (like in Pixel Support Tube) Accessibility to the detector into DST is possible, opening panels between the different tests, to check connections at PP0 if needed CSN1, Roma, 18 Maggio

30 DST- Dummy Support Tube Lowering the detector in the PIT DST equipped with the lifting bar Structure interconnecting the DST with the ID Trolley ID Trolley The detector is lowered down through the C-shaft and laid down onto a structure anchored to the ID trolley. Mini Van CSN1, Roma, 18 Maggio

31 DST- Dummy Support Tube Si stanno studiando le sequenze di inserimento The SS pull line is connected to a winch on A side When the temporary rail are in contact with those in the DST, four rigid links are connected to the beam support rods at R425 DST PST Service Panels Detector Slider 4 Rigid links to the beam supports SS pull-line ID Trolley CSN1, Roma, 18 Maggio

32 DST- Dummy Support Tube La progettazione e in fase preliminare Assembly breakdown structure e gia disponibile FDR e previsto per fine Giugno Budget di massima 50k Si intende formalizzare la richiesta per Settembre sul CORE ancora disponibile (vedi trasparenze successive) Per questa CSN1 si chiedono 4k su C.A. per realizzare modellino della transport extension per verificare tenute e coibentazione (parzialmente riutilizzabile) CSN1, Roma, 18 Maggio

33 Finanziamenti CORE La tabella presenta il CORE assegnato fino ad oggi. Aggiornamento per scorporo IVA su item acquistati in Italia come presentato a Sett.2003 La colonna approvato è la parte restante della gara pluriennale per il BB. Lo staging del layer 1 del rivelatore è sottratto (600 k ) Cap. Descrizione Fianziamenti INFN CORE per capitoli MoU INFN MoU P.2001 INFN MoU Finanz. Approv. S.J.04 Residuo (kchf) (k ) % (k ) (k ) (k ) (k ) Construction of barrel supports including cooling pipe Construction of support structure and tooling On-chip rad-hard electronics Sensors Module integration Cables, links, power supplies and DCS Module ID General Pixel Pixel staging Totale Totale CORE finanziato, approvato o S.J. CORE Residuo ksfr CSN1, Roma, 18 Maggio

34 Review La costruzione del rivelatore e passata sotto la lente di varie review (Production Readiness Review - PRR): 21/10/03 - Stave/Sector internal-prr e bi-stave workshop. 22/10/03 - Module Assembly PRR. 23/10/03 - Beam Pipe Support Structure. 27/10/03 - ROD PRR: SCT e Pixel ROD. 12/12/03 - FE/MCC PRR. 16/02/04 - Opto link PRR. 23/02/04 Pixel Services PRR Mancano ancora xx/06/04 ID Cables PRR2 recentemente definita la procedura di approvazione 22/06/04 DST (Dummy Support Tube)FDR xx/10/04 - PRR Power Supply CSN1, Roma, 18 Maggio

35 Installazione Nuova schedula di installazione ATLAS sara definita a Maggio (?); dipende dal ritardo dei toroidi. Cavi Tipo II : gara da far ripartire, possibile risparmio da uso Syltem, Installazione Marzo 2005? Cavi Tipo III: in attesa definizione lunghezze da TC, ma installazione probabilmente richiesta a Ottobre 2004 Fibre ottiche: Ordine in preparazione, sovracosto del 40%, coperto da Fr,De,Cz, C2C Power Supply : FDR per fine Giugno, PRR ad Ottobre HV gara a totale carico INFN LV gara al CERN, contrib.infn ~50% CSN1, Roma, 18 Maggio

36 Programma Attività Installazione 2004 SR building: Test di assemblaggio mediante ITT del frame di supporto, dei global support delle shell, dei dischi con inserimento di alcuni stave e settori. Test del survey mediante la CMM Luglio 2004 Preparazione installazione per test di sistema :readout, cooling, cablaggio, sistema calibrazione,etc e per integrazione PIXEL detector Inizio Ott 2004 Installation ready Feb 2006 Nel 2005 iniziera l assemblaggio delle varie parti della produzione Sara necessario un gruppo di persone della collaborazione con le competenze necessarie per attivare e mantenere efficiente il laboratorio. Nel frattempo la produzione deve continuare nei laboratori domestici CSN1, Roma, 18 Maggio

37 Test Beam settimane di fascio stand alone per caratterizzare in modo definitivo i moduli FE-I3/MCC-I2.1. Caratterizzazione di moduli irraggiati / non irraggiati. Partecipazione al run combinato Integrazione DAQ e assistenza expert ONCALL Irraggiamento di moduli FE-I3/MCC-I2.1 Nelle prossime trasparenze un assaggio dei risultati ottenuti ai precedenti test beam sulle caratteristiche dei sensori e dell elettronica CSN1, Roma, 18 Maggio

38 Test beam setup (I) 180 GeV π trigger scintillator strip 1 strip 2 Cold box strip 3 strip 4 TDC start stop generatore di onda quadra a 40 MHz Il fascio H8 fornisce adroni da 180 GeV/c. Tracce di riferimento sono fornite da 4 piani di microstrip (accettanza 32 mm 32 mm, errore di estrapolazione ~6 µm). I moduli da studiare (accettanza 16.4 mm 60.8 mm) sono posti in una cold box (dopo l irraggiamento bisogna operare a ~-7 C per ridurre la corrente di buio), con movimentazione automatica nel piano trasverso al fascio. DAQ è asincrono con il clock a 40 MHz. Per ogni evento, viene misurato il tempo tra il trigger ed il successivo fronte del clock. Per ogni trigger dallo scintillatore, 8-16 trigger di primo livello consecutivi vengono inviati ai moduli di pixels, raccogliendo dati in una finestra di µs attorno al trigger. Si misura tempo di arrivo della particella rispetto al BCO Nel 2003 inserito telescopio di pixel (8 single chips) per run alta intensita CSN1, Roma, 18 Maggio

39 Misura dello spessore di svuotamento Single chips irraggiati al PS a dose equiv. a 10 anni LHC DOFZ-Si, n eq /cm 2 La misura dello spessore di svuotamento è stata fatta su test beam con tracce inclinate, osservando la carica raccolta (TOT) in funzione della profondità della traccia. Questa analisi permette anche di misurare la vita media dei portatori di carica (tempo di cattura o trapping, ~4nsec) I rivelatori di silicio ossigenato sono quasi completamente svuotati a 600 V. Misurata anche l efficienza di raccolta della carica dopo irraggiamento. CSN1, Roma, 18 Maggio

40 Misura dell angolo di Lorentz L angolo di Lorentz, ovvero la deviazione nella deriva degli elettroni indotta dal campo magnetico: tg( γ d L ) 2 r =< τ µ = v = r B µ s > /E / d 2 < τ > Mean clus. size non irraggiato V d =-150V Può venire misurato dall angolo di incidenza che minimizza la dimensione media del cluster: 9.0±0.4 ±0.5 a 1.4 T, senza irraggiamento 3.1±0.4 ±0.6 a 1.4 T, a massima dose Prima misura nel 1998, verificato nel La differenza tra prima e dopo l irraggiamento, si spiega con il diverso campo elettrico di funzionamento. In Atlas nella maggior parte dei casi, la carica depositata da una particella incidente sarà ripartita su due hit Deg irraggiato V d =-600V CSN1, Roma, 18 Maggio

41 moduli FE-I Timewalk moduli FE-I2 arrival time (ns) irrad. CiS/IZM not irrad. CiS/AMS arrival time (ns) Tesla/AMS Tesla/IZM ganged ns standard Time vs. ToT, std. pix. Q (ke) Time vs. ToT, std. pix. Q (ke) La misura del tempo di arrivo in funzione della carica raccolta, permette di effettuare una misura su fascio del timewalk. Il timewalk si traduce in una soglia effettiva maggiore di quella reale, perché se l impulso viene osservato in un BCO successivo, non viene associato al trigger corretto. Il FE-I2 presenta delle prestazioni migliori rispetto all I1 (si noti tra l altro, la differenza di scala), risultando in una soglia effettiva vicina a i 5000 elettroni (per una soglia reale di 3000 e). Pixel ganged sono pixel di dimensione doppia del normale nella zona di separazione tra i chip. Questi avevano un comportamento patologico sugli I1, ma sono del tutto normali (cerchi aperti) negli I2. CSN1, Roma, 18 Maggio

42 Misura dell efficienza in-time A causa del timewalk, non basta definire un efficienza assoluta (probabilità di ricostruire un cluster in prossimità della traccia estrapolata) ma è necessario dare la frazione di cluster che verranno associati al BCO corretto. La funzione usata per il fit assume una distribuzione di tempi di arrivo data dalla convoluzione di un esponenziale con una gaussiane I valori di σ e τ permettono di confrontare quantitativamente l effetto di timewalk tra diversi oggetti. Uno degli aspetti più importanti è la larghezza del plateau di efficienza massima, che fornisce il margine di operazione ad LHC. efficiency modulo FE-I2, 50 µm 400 µm pixels (linea blu) ganged pixels (linea nera) τ σ Tesla/AMS Effic. tipica moduli I2~99% Rumore casuale <10-8 hit/pixel/evento In time eff., std. pix. time (ns) CSN1, Roma, 18 Maggio

43 Risoluzione in-time 2 hit residual distribution (analog) RMS = 9.5 µm efficienza di associazione di cluster frazione di cluster interamente in un BCO...a causa del timewalk, una frazione dei cluster di due hit perde l hit con carica più bassa, perché viene assegnato al BCO successivo. Questo risulta in una perdita di risoluzione e, soprattutto, in una risoluzione che dipende dalla solita fase del clock. CSN1, Roma, 18 Maggio

44 Duplicazione di hit con basso ToT Una feature del FE è la possibilità di duplicare hit con basso ToT, assegnandoli sia al BCO in cui vengono rivelati, sia a quello precedente. In questo modo la maggior parte dei cluster può venire integralmente ricostruita. Il prezzo da pagare è un aumento dell occupancy, ma anche solo con un incremento del 10% (ToT<5) si ottiene un accettabile sovrapposizione tra il plateau di efficienza e quello di risoluzione. Questa è un analisi basata sui dati raccolti; da provare a test beam 2004 efficiency efficiency no hit duplication duplicate ToT 5 duplicate ToT 10 duplicate ToT 15 Efficiency for all hits in the same BCO efficiency hit ToT threshold Hits/track Cluster efficiency No duplication 2.03 time (ns) ToT< ToT< ToT< CSN1, Roma, 18 Maggio

45 Run ad alta intensità part./s su una frazione di un FE (>5 * (occupancy B-layer)) Verifica della resistenza alla SEU dell MCC diverse ore funzionamento senza reset MCC Red: peak occupancy Blue: average occupancy B L A Y E R Una prima analisi, usando il telescopio di pixel, ha cercato di misurare le inefficienze dovute all occupancy. Le indicazioni sono solo qualitative: vengono da medie su regioni con flusso non omogeneo la presa dati è stata fatta con tempi di latenza più lunghi di quelli previsti per LHC inefficienze doppie rispetto al valore atteso Dopo questo tentativo di esplorazione, c è un effettivo interesse a ripetere le misure in modo più accurato nel CSN1, Roma, 18 Maggio

46 Misure per il test beam 2004 Controllo sulla qualità dei rivelatori ON Semiconductors dai batch di produzione (i rivelatori con Si ossigenato della CiS hanno invece già superato una caratterizzazione completa) Test delle prestazioni dell elettronica FE-I3: prima dell irraggiamento (dovrebbero essere analoghe al FE-I2.1 analizzato nel 2003) dopo irraggiamento (nel 2003 la slot concessa al PS per l irraggiamento dei moduli I2.1 era troppo tarda per il test beam al SPS. Nel 2004, moduli I3 irraggiati in maggio saranno disponibili per il run di agosto, dopo il mese di cool-down necessario) Studio del comportamento in situazioni realistiche di flusso di particelle (solo risultati qualitativi nel run ad alta intensità del 2003). Verifica sul campo della duplicazione hardware degli hit con basso ToT (solo analisi software su dati 2003). CSN1, Roma, 18 Maggio

47 Sommario La produzione e iniziata e i rendimenti e i tempi di lavorazione sono circa quelli previsti. Non abbiamo ancora potuto (a causa del flusso insufficente dei chips assottigliati e testati) stressare AMS e IZM. Questo rimane il punto piu critico di tutta la catena di produzione, ma verra risolto entro Giugno. Il problema con ON va seguito, ma non ha ancora implicazioni sulla schedula (CiS bastano fino a Nov04). Il montaggio sugli stave non ha ancora individuato problemi, ma abbiamo ancora molte verifiche (cicli termici, etc.) da fare. E probabile che il montaggio del sistema avvenga in un unico lab (meno tools di montaggio e test): Cern SR building a partire da fine anno. Decisione entro l estate. Entro l estate decideremo anche a seconda del progresso della costruzionese chiedere il finanziamento per il terzo layer. Nanni Darbo e stato nominato dall EB a rappresentare l ID nel comitato ATLAS R&D per SLHC. CSN1, Roma, 18 Maggio

48 Conclusioni Sulla base della nostra esperienza e dei risultati finora raggiunti, la citazione che meglio rappresenta lo stato del Pixel Detector di ATLAS e : CSN1, Roma, 18 Maggio

49 Backup CSN1, Roma, 18 Maggio

50 BPSS Overview (2) Beam Pipe Support Structure Pixel Detector Not Shown Beam Pipe Service Panels Beam Pipe Support Structure Pixel Package is here shown in its three main parts : Pixel detector Disks, barrel shells and staves, Frame Services panels Colling loops, cables, optolink etc serices in general BPSS CSN1, Roma, 18 Maggio

51 Dettagli Chip5: angolo con pixel sconnessi Chip-5 del module aveva un angolo in cui mancava la connessione al sensore. Il danno e aumentato dopo l incollaggio sul supporto. E l unica variazione osservata! BURN Loading on Stave LOAD CSN1, Roma, 18 Maggio

52 Assemblaggio Flex Hybrid (GE) Operazione Durata Commenti Incollaggio e bonding MCC 60 /flex (?) Appena riassegnato a Genova! Test flex+mcc 45 /flex Si puo non fare? incollaggio pig-tail Test flex+mcc+pigtail 90 /flex 30 /flex dominato da curing (un solo setup) non ancora completamente definito Rate richiesto: ~ 10 a settimana: ok! Questioni aperte: si osservano problemi di affidabilità sull elco in seguito a cicli termici; questo ha richiesto dei test aggiuntivi nella pre-produzione, in ogni caso nessun test al momento garantisce il mantenimento della connessione a lungo termine; non esiste ancora un documento con i test di qualità da applicare a flex+mcc+pigtail, per cui il tempo di test è ancora poco chiaro. CSN1, Roma, 18 Maggio

53 Test moduli bare (GE-MI) Operazione Durata Commenti Ispezione raggi X 30 /modulo Genova Ispezione visuale + curva IV Test elettrici 30 /modulo 60 /modulo Milano (Genova per i rilavorati) Milano (non fatti per i rilavorati) Rate richiesto: X ray (GE) ~ 20 a settimana: ok! Test elettrici ~ 15 a settimana: raggiungibile Questioni aperte: al momento non viene effettuata la misura di bow; software uniformato tra Bonn e Milano; bisognerebbe prevedere una quota per manutenzione delle probe card; alcuni difetti osservati dopo l assemblaggio dei moduli, potrebbero essere dovuti ad elettronica difettosa all origine e bisognerebbe verificare se è possibile identificarli con opportuni test elettrici a livello di moduli bare. CSN1, Roma, 18 Maggio

54 Assemblaggio Moduli Flex (GE) Operazione Durata Commenti incollaggio flex hybrid - modulo ½ gg + 24h per 4 moduli 4 setup - dominato da curing wire-bonding FE potting ½ gg. /modulo 1h/modulo dominato da pull-test Rate richiesto: ~ 10 a settimana: ~ok Questioni aperte: aumento di corrente di leakage in alcuni assemblaggi (cammino resistivo sul flex?), probabilmente ininfluente sulla qualità del rivelatore; il collo di bottiglia è il pull test che rallenta notevolmente il wire bonding: si propone di monitorare la qualità dei bond a campione. Si ha comunque un feedback per ogni modulo nel numero di bonding che e necessario rifare durante il bonding stesso. CSN1, Roma, 18 Maggio

55 Test moduli flex (Ge Mi) Test Durata Commenti Elettrico Post-assemblaggio 180 /modulo Dopo questa prima verifica vengono pottati i bonding Elettrico Post-potting Burn-in 30 /modulo 2 gg. / lotto di moduli Ciclo di burn in e test durante il burn in non ancora definitivi Elettrico Post-burn-in Bow Caratterizzazione a freddo (Ge-Mi) 120 /modulo 30 /modulo 8-12h/modulo Completamente automatizzata. Lista dei test non ancora finalizzata. Rate richiesto: ~ 10 a settimana test veloci, ~ 8/settimana caratterizzazione Questioni aperte: la caratterizzazione completa non sembra un problema anche perche puo essere facilmente divisa tra i laboratori e comunque non ha bisogno di assistenza. il collo di bottiglia sono i test intermedi che impegnano a tempo pieno personale qualificato. Per questo occorre un nuovo sistema di test con raffreddamento a Peltier. CSN1, Roma, 18 Maggio

56 Anno Sez Assegnazioni CORE INFN Importo Lordo Anno Sez. Importo Lordo Importo Importo Netto k. 25,8 k. 21,5 k. 442,6 k. 420,5 k. 144,1 k. 120,1 IVA Item IVA Item GE k. 22,5 k. 18,8 SI Plasma cleaner Sep GE k. 21,0 k. 17,5 SI Ultrasonic bonder Sep GE k. 50,0 k. 41,7 SI Formatura ed incollaggio omega Sep UD k. 9,0 k. 7,5 SI Traslatore sistema back-up catena misura Sep UD k. 7,0 k. 5,8 SI Elettrometro Sep GE k. 17,0 k. 17,0 NO 5% x 1/2 Bump Bonding Jun GE k. 8,0 k. 8,0 NO 5% Flex Hybrid Jun GE k. 20,0 k. 20,0 NO Un batch di 24 wafer DSM1 Jun MI k. 17,0 k. 17,0 NO 5% x 1/2 Bump Bonding Jun k. 171,5 k. 153, GE k. 45,0 k. 37,5 SI Macchina montaggio moduli su stave Sep GE k. 60,0 k. 60,0 NO BB (gara completa in competenza / 10 % in cassa) + BB-DSM Sep MI k. 60,0 k. 60,0 NO BB (gara completa in competenza / 10 % in cassa) + BB-DSM Sep UD k. 5,0 k. 4,2 SI Chiller test sensori irraggiati Sep GE k. 45,0 k. 45,0 NO Produzione MCC-I2 Apr GE k. 20,0 k. 20,0 NO Test produzione MCC-I2 Apr GE k. 18,0 k. 18,0 NO Produzione MCC-I2 - run di correzione Giu GE k. 22,0 k. 22,0 NO Produzione FE-I2 - run di correzione Giu MI k. 360,0 k. 300,0 SI Gara per cavi di tipo II Giu MI k. 56,0 k. 56,0 NO Acquisto 5000 regolatori rad-hard ST (ordine CERN) Giu GE k. 75,0 k. 75,0 NO compressore cooling Sep GE k. 42,0 k. 35,0 SI Connettori cavi tipo III Sep GE k. 198,0 k. 165,0 SI 30% Cavi tipo III Sep GE k. 278,0 k. 231,7 SI BB (+ 40 % della gara) Sep MI k. 277,0 k. 230,8 SI BB (+ 40 % della gara) Sep k ,0 k , GE k. 134,5 k. 134,5 NO Produzione FE-I3 Sep MI k. 152,4 k. 127,0 SI Distribuzione low voltage Sep GE k. 14,0 k. 11,7 SI HV Power Supply con System Crate Sep GE k. 18,0 k. 15,0 SI Camera ambientale per test moduli Sep k. 318,9 k. 288,2 Totale k ,9 k ,7 Anno Ass. Cap MoU Cap.MoU CSN1, Roma, 18 Maggio

57 Test Beam e Commissioning 2004 Sommario delle richieste di ME Dovendo fare una graduazione delle necessita riteniamo di mettere in seconda priorita le attivita da Ottobre in poi, che consistono principalmente nei turni per il CTB e in parte del lavoro di Preparazione dell SR building, che potrebbe passare all anno successivo. Anche l ultimo periodo di H8 standalone, potra essere ridimensionato se riusciremo a completare tutte le misure nei primi 2 periodi. I numeri in rosso nelle tabelle tengono conto delle prime due assunzioni. Attività Totale mesi uomo Testbeam Stand-alone 6.5 m.u. Setting-up combinato 2.5 m.u. 1 FTE in piu dal 1 maggio Preparazione DAQ 5.0 m.u. Shift e On-call 6.0 m.u. Sviluppo software 1.0 m.u. Irraggiamento 2.5 m.u. Totale Pixel 23.5 m. u. Sezione Stand-alone Run Combinato Irraggiamento Totale SR build. Totale Genova 1.0 m.u m.u. 2.0 m.u m.u. 6.0 m.u. 3 mu 19.0 m.u. 16 mu Milano 3.5 m.u. 3.0 m.u 2mu 0.5 m.u. 7.0 m.u. 3.0 m.u m.u. 9 mu Udine 2.0 m.u. 1.5 m.u. 1mu 3.5 m.u. 3.5 m.u. 3 mu Totale Pixel 6.5 m.u m.u. 11.5mu 2.5 m.u m.u. 9.0 m.u. 6mu 32.5 m.u. 28 mu CSN1, Roma, 18 Maggio