Stato costruzione tracciatore

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1 Stato costruzione tracciatore 1. Sensori 2. Costruzione moduli 3. Meccanica 4. Integrazione 5. Alimentatori 3 Febbraio 2004 E.Focardi 1

2 Silicon Strip Tracker 2,4 m Inner Barrel & Disks TIB & TID - Outer Barrel -- TOB- 5.4 m End Caps TEC 1&2- Huge number of silicon detectors (rods, petals, shells) Rad-hard modules and electronics Alignment Cooling and 10 o C low mass 3 Febbraio 2004 E.Focardi 2

3 Organizzazione costruzione TK Frames: Brussels Sensors: factories Hybrids: Strasbourg Pitch adapter: Hybrid: Brussels CF carrier CERN Sensor QAC Pisa Perugia Wien Karlsruhe Louvain Strasbourg Module assembly FNAL UCSB Perugia Bari Wien Lyon Brussels Bonding & testing FNAL UCSB PadovaPisa TorinoBari Firenze Wien ZurichStrasbourg KarlsruheAachen IntegrationROD INTEGRATION into FNAL UCSB mechanics TIB-TID INTEGRATION PISA PETALS INTEGRATION Louvain Aachen BrusselsLyon HamburgStrasbourgKarlsruhe Sub-assemblies TOB assembly TIB/D assemblytec assembly TEC assembly CERN PISA AACHEN KARLSRUHE-LYON TK ASSEMBLY CERN 3 Febbraio 2004 E.Focardi 3

4 Sensori Spessore 320 µm da HPK: IB1: 1584 W1: 288 W2: 864 W4: 1008 IB2: 1224 W1TID: 288 W3: 880 Tot Spessore 500 µm da STM: OB1: 5520 W5A: 1440 W6A: 1008 W7A: 1440 OB2: 4896 W5B: 1440 W6B: 1008 W7B: 1440 Tot Febbraio 2004 E.Focardi 4

5 SENSORI HPK Consegnati: ~4100 Fine consegna: Maggio 04 Test completo in HPK Cms test a campione Non rilevati particolari problemi 3 Febbraio 2004 E.Focardi 5

6 Sensori STM 1 Consegnati: 6090 accettati:3229 rifiutati: 1369 Inizio produzione effettuato utilizzando le linee di processo R&D Primavera 03 inizio passaggio del processo nelle linee di produzione ritmo di processo di ~ fette/mese. In questa fase individuate alcune macchine che hanno portato problemi nel processo dei sensori: 1) Aumento V fb che puo portare problemi con l irraggiamento fine primavera 03 identificata la macchina e sostituita 2) Diminuzione di cariche negative nell ossido di passivazione che provoca una bassa R int, individuata la macchina (Ott 03), sostituita e introdotto un gate di accettazione. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 6

7 Sensori STM 2 Altri problemi: mancanza step controllo di qualita in STM; attivo da Gen 03; test incompleto sensori effettuato da STM; da Ago 03 viene effettuato il test di C ac e da Dic 03 viene effettuata la misura della corrente delle singole strisce. La produzione ha subito alcuni stop di qualche settimana: Apr 03, Nov 03 Da Set 03 iniziata la produzione al ritmo di ~ 1000 fette/mese in uscita In autunno in una frazione di moduli e stata individuata una variazione nella corrente totale in alcuni sensori si osservano effetti di CMN (16/79) Fermata la fabbricazione dei moduli con sensori STM (TOB,TEC) Ridotta la produzione a 300 fette/mese da Gennaio. Dic 03 workshop al Cern costituita task force CMS-ST per investigare il problema 3 Febbraio 2004 E.Focardi 7

8 Azioni Dic 03 Poiche si e verificata la variazione di corrente in alcuni sensori Vengono rimisurati (I-V) i vecchi sensori per valutare la frequenza del problema. Azioni ST per Rint: risolto problema problema da ST Strip scan Azioni CMS : rimisura di ~1000 sensori non montarti Fabbricazione di 500 moduli a blochi di 100/volta 3 Febbraio 2004 E.Focardi 8

9 Azioni ST-Andamento Vfb 3 Febbraio 2004 E.Focardi 9

10 Diminuzione Rint 3 Febbraio 2004 E.Focardi 10

11 Spiegazione del fenomeno 3 Febbraio 2004 E.Focardi 11

12 Soluzione 3 Febbraio 2004 E.Focardi 12

13 Sensori rimisurati Situazione aggiornata alla settimana scorsa. Numero totale sensori 1085 From From From Di tutti i sensori rimisurati 58 (5.3 %) sensori eccedono il criterio di accettazione di 10 µa di corrente totale. 11 sensors from 2001 (6.6%) 43 sensors from 2002 (6.5%) 4 sensors from 2003 (1.6%) 3 Febbraio 2004 E.Focardi 13

14 Tabella sensori rimisurati >5 µa >2 µa >1 µa < +-1 µa >-1 µa >-2 µa >-5 µa All Febbraio 2004 E.Focardi 14

15 % Sensori acc/rig dopo II misura IV 3 Febbraio 2004 E.Focardi 15

16 Analisi sensori rimisurati E in corso un analisi sui rivelatori che hanno mostrato una variazione in corrente. Come risultato preliminare ottenuto a Pisa rimisurando 17 rivelatori che hanno mostrato in USA uno scarto > 10 µa si e trovato: 9 rivelatori in specifica 8 fuori specifica; di questi, 6 hanno mostrato seri danneggiamenti meccanici ad una ispezione ottica Sono state effettuate anche misure di I(t) per monitorare la stabilita in corrente e per quelli in specifica non ci sono state sorprese, mentre quelli fuori specifica si e osservata una riduzione della corrente, consistente con danni meccanici. Questi sono ancora risultati preliminari ma indicano che probabilmente un impatto sui risultati del test e dovuto anche alle procedure seguite. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 16

17 Febbraio 2004 E.Focardi 17

18 Febbraio 2004 E.Focardi 18

19 Re-probing of STM sensors Performed in FNAL Performed in Pisa Mechanical stress (vacuum effect) responsible of discrepancy Stability in time OK! 3 Febbraio 2004 E.Focardi 19

20 Re-probing of STM sensors Performed in Pisa Mechanical stress (vacuum effect) not seen : sensor bad as FNAL re-probing states Stability in time: sensor recovery of standard leakage current level 3 Febbraio 2004 E.Focardi 20

21 Scan Strisce Istrip QTC-Pisa calibration o Agreement is on o rejected strip : 10/10 found by both o one missing Istrip in QTC has also Cac, Idiel Similar behavior of Istrip also for leaky-accepted strips o Good agreement also with different I strip resolution 3 Febbraio 2004 E.Focardi 21

22 Azioni 1 Vista la presenza di questi comportamenti dei sensori CMS sta investigando con ST per individuarne la causa, ma la soluzione non e immediata. Tenuto conto anche del tempo necessario per la costruzione dei moduli, CMS ha deciso di esplorare la possibilita di dirottare parte della costruzione dei rivelatori spessi presso HPK. In Gennaio ci sono state due riunioni: 1)presso STM per discutere della situazione e in quell occasione STM, per permettere al progetto di rispettare i tempi, si e dichiarata disponibile nel sub-appaltare parte (potrebbe essere ~30%) dei rivelatori ad HPK; 3 Febbraio 2004 E.Focardi 22

23 Azioni 2 2) presso HPK per discutere la precedente possibilita e HPK si e dichiarata disponibile per questa soluzione; nel frattempo CMS sta trasferendo i disegni dei rivelatori spessi ad HPK. Per quanto riguarda la produzione, HPK, che ormai ha ultimato le produzioni per Atlas e Glast, ha linea di produzione e di test libere e si dichiara disponibile a consegnare ~ fette/mese a partire da Giu-Lug 04. Il carico finanziario non dovrebbe essere superiore alla rispettiva parte delcontratto ST, a parte eventualmente il costo delle nuove maschere, nell ipotesi che i contatti ST-HPK siano tenuti da CMS. HPK si dichiara di poter rispettare i tempi se la decisone e presa entro Febbraio Febbraio 2004 E.Focardi 23

24 Costruzione moduli Finalmente partita per TIB: La disponibilita di ibridi non permette di mantenere un ritmo costante di costruzione I 2 centri gantry (Bari, Perugia) riescono ad incollare 16 moduli/giorno, 2 piatti per sito/giorno I 6 centri di bonding e testing sono funzionanti a pieno ritmo ed esauriscono le scorte rapidamente La qualita e elevata. ~3-5% dei moduli necessita di revisione per vari motivi 3 Febbraio 2004 E.Focardi 24

25 Assemblaggio moduli TIB Pins Front-End Hybrid Torino support plate Grounding CMN optimized APV and control chips Kapton cable Now incorporated with the hybrid. Pitch Adapter Kapton insulation New TIB VUTRI adapter (Bari design) Kapton Bias Circuit Carbon Fiber/Graphite Frame Silicon Sensors 3 Febbraio 2004 E.Focardi 25

26 Componenti assemblaggio moduli SS Frames tagliati 1600/2100 SS kapton 100% prodotti SS Frames assemblati ~1200/2100. TIB DS modules. Tutto pronto escluso i dissipatori ALN (ordinati) per i Frames. Si stanno modificando i piatti gantry a Perugia. SS Frames tagliati 70/820 SS kapton 700/820 SS Frames assemblati 0 Montaggio dei primi moduli TIB stereo in ~ Aprile. TID: proto CF frames in mano. Consegnati 3 tipi di kapton R1 (phi e 2 for/back) ALN ordinate. Prototipi ancora da realizzare. Gantry plates in disegno 3 Febbraio 2004 E.Focardi 26

27 Ibridi TIB/TID 500 ibridi tipo ph 4 dw (moduli layer 3 e 4) consegnati al CERN da Nov. 285 ibridi stereo consegnati al CERN 16/1 288 ibridi phi 6 dw (moduli L1 e 2 phi side) consegnati il 23/1 Questo completa il side order per il TIB (275 sono stati rigettati inizialmente per problema cavo kapton). Produzione ibridi relativa al tender riparte a Marzo con 450 TIB ph 4 dw (layer 3 e 4). 323 ibridi assemblati al CERN e consegnati alle gantry da Dic. 03 ~ 60 TIB ph 4 dw (layer 3 e 4) alle gantry nei prossimi giorni ~ 100 Ibridi stereo prima di fine gennaio (50 phi L1-2 e 50 ste L1-2) 3 Febbraio 2004 E.Focardi 27

28 Sequenza produzione moduli 3 Febbraio 2004 E.Focardi 28

29 LT test 6 modules test I (na) 20 C -20 C Time (s x 10 2 ) 3 Febbraio 2004 E.Focardi 29

30 Noise comparison between ARC and LT ARC vs LT (Noise) Peak inv off 3 Febbraio 2004 E.Focardi 30

31 Stato Costruzione moduli 3 Febbraio 2004 E.Focardi 31

32 Vibrazione moduli Provati 4 moduli (fissati sul supporto di trasporto a Galileo Avionica e Aachen Galileo e centro qualificato per test di vibrazione commerciali e militari 2 tipi di test 1. Ricerca risonanza Silicio: Hz 2. Vibrazioni casuali ASTM4169 Truck Assurance Level II (standard commerciale: 1000 St-Miles OK (anche resistenza saldature) 3 modules MIL-STD-810E (14 July 1989): 350 St-Miles OK 1 module I moduli TIB sopravviveranno al trasporto da/per i centri di produzione e il Cern 3 Febbraio 2004 E.Focardi 32

33 Meccanica Tutti i componenti in CF per TIB sono a Pisa, inclusi inserti e viti speciali. Parte strutturale layer 4 completata; si prosegue con la costruzione degli altri strati : Layer 3 1/2 febbraio Layer 1 1/2 marzo Layer 2 aprile Per i dischi (TID) sono state espletate le gare e si pensa che l assemblaggio delle parti strutturali sia possibile a partire da Giugno Febbraio 2004 E.Focardi 33

34 Lavorazione CF Tale attivita e fatta a Pisa: 32 ribs orizzontali sono state lavorate; 4 anelli finali e 4 flange finali sono praticamente ultimati. Da ricordare che alcune parti della lavorazione sono da fare utilizzando tooling presenti presso la ditta costruttrice(plyform) richiedendo degli spostamenti; 3 Febbraio 2004 E.Focardi 34

35 Procurement of material CF parts screw and inserts. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 35

36 Horizontal ribs machining for layer 4 done in Pisa. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 36

37 Carbon fiber processing and machining Layer 4 end flanges ready. C E D E E 3 Febbraio 2004 E.Focardi 37

38 Carbon fiber processing and machining Layer 4. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 38

39 Carbon fiber processing and machining Layer 4 end rings 3 Febbraio 2004 E.Focardi 39

40 Tooling type 1 Tooling type 1 for layer 1, layer 2, 3 and 4 are in Pisa. Modification of the tooling needed for layer 4 2 and 3. Another supporting frame has been ordered to be able to do operations in parallel 3 Febbraio 2004 E.Focardi 40

41 Layer 3 proto & insertion test Parte strutturale pronta, cosi come tooling tipo 2 (per assemblaggio parti di precisione); Ledges per anelli di raffreddamento sono in preparazione Ribbons disponibili Materiale per tubi e distribuzione raffreddamento disponibile; attrezzi per la lavorazione tubi disponibili a Pisa (piegatura, saldatura..) Un test di inserzione al Cern e previsto in primavera per cui sono necessari: Parte strutturale avanti-dietro (layers 4,1, mentre 2,3 dummies), cilindro servizi e culle di installazione; Queste ultime due parti sono in fabbricazione. E in fase di preparazione anche un settore per studiare la distribuzione servizi per TIB-TID 3 Febbraio 2004 E.Focardi 41

42 stato attuale del TIB L3F prototipo Il prototipo e' (c)entrato nella sua gabbia. Nei prossimi giorni verra' completato il test di tenuta e qualita' di 2 cooling loop (se positivi questi due verranno incollati non appena arriveranno i ledges) offsets delle 6 circ. Ext. dopo il centraggio: DY( m) DZ( m) 1 (out FL) (in Ring) DY(spine) = -408 m 3 Febbraio 2004 E.Focardi 42

43 Manifolds brazing prototype 3 Febbraio 2004 E.Focardi 43

44 Module Integrazione: Ingredienti AOH DOM CCUM Mother cable 3 Febbraio 2004 E.Focardi 44

45 Materiale necessario all'integrazione: stato attuale = OK ; non ancora soddisfacente ; critico - produzione dell'attrezzatura di incollaggio (by Tecno-wepla) ogni layer del TIB necessita di una gabbia con relativo supporto e di almeno 2 coppie di dime di incollaggio (una forward e l'altra backward ) --> attrezzatura L3 + 4 coppie di dime a St.Piero - produzione delle parti di precisione (by G&A Engineering) supporti ai quali vengono attaccati i moduli del TIB e gli opto-ibridi, di seguito riferiti come ledges --> persa la prima spedizione; aspettiamo la prossima per il 4 febbraio (~300 ledge per L3) - produzione dei supporti in fibra di carbonio dei ledges (by Rav) sottili strisce profilate in carbonio che supportano i ledges; di seguito chiamate ribbon --> tutti i ribbon necessari per il TIB L3 prototipo a St.Piero - produzione dei circuiti di raffreddamento il circuito di raffreddamento del TIB e' sezionato in sotto-unita' dette cooling loop ; l'incollaggio di un cooling loop precede l'incollaggio dei ledges; --> non sono ancora terminati i test di qualifica (layout e tenuta) di uno dei componenti dei cooling loop - produzione dei cilindri di supporto del TIB (laminazioni by Plyform) --> TIB L4 completato; TIB L3 in costruzione; TIB L2 in costruzione 3 Febbraio 2004 E.Focardi 45

46 Mechanics 3 Febbraio 2004 E.Focardi 46

47 Assembly (the small picture) Phase 2: DOM Phase 3: Analog OptoHybrid Phase 1: Mother cable and CCU Phase 4: Modules 3 Febbraio 2004 E.Focardi 47

48 Incollaggio del cooling loop sopra il cilindro Successivamente a tutte le fasi di preparazione, l incollaggio del cooling loop viene eseguito appoggiando la dima di incollaggio sopra gli anelli della gabbia. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 48

49 Survey dell'attrezzatura: dima montata stima del raggio aspettato per la pelle esterna (a meno degli errori degli anelli) /- 1.3 dai ribbon (si misurano i ribbon montati NB: misura qualitativa) /- 0.4 dalla dima Diff2 = 0.8 mm /- 0.4 misure survey cilindro (meta' CD prototipo) 3 Febbraio 2004 E.Focardi 49

50 Integrazione E ora configurata la fase di assemblaggio di moduli, cavi e schede elettroniche sulle strutture meccaniche in preparazione. Questa operazione e pensata avvenire in parallelo per i 4 semigusci di un layer; Sono previste dunque 4 squadre (3 Pisa, 1 Firenze) che lavorano in parallelo Sullo stesso layer; tempo stimato 1 mese /layer Questo a partire dall estate compatibilmente con la disponibilita dei componenti Successivamente due squadre si occupano di mettere insieme i semigusci e del test in camera fredda, mentre le altre due con l aggiunta di una squadra di Torino si occupano dell assemblaggio dei 6 dischi Viene quindi effettuato l assemblaggio finale. Si pensa di completare il tutto per Gennaio 05 3 Febbraio 2004 E.Focardi 50

51 Alimentatori Prototipo finale (meccanica /elettronica ) per USC ( Count. Room)... Settembre 2003 : prototipo PSM sul banco di assemblaggio Ottobre/ Novembre 2003 : verifica in Caen dei parametri di progetto 3 Febbraio 2004 E.Focardi 51

52 ... e versione UXC (Caverna) dello stesso progetto USC UXC USC UXC 3 Febbraio 2004 E.Focardi 52

53 Prove Lab e valutazioni Prototipo Versione Counting Room ( USC) ( Firenze, Dicembre 2003 ) Osservazioni Generali : Buona architettura di base, richiede qualche intervento ( diminuzione della profonditaõ della scheda, aumento della larghezza del modulo ( --> 9 PSM/Crate ) ). Manca la BackBoard con i relays, ma eõ giaõ predisposta. Basse tensioni soddisfacenti ( noise ) fino a Å 2/3 della loro corrente massima. Alte tensioni ancora critiche. Protezioni senses, CL, OVV, overshoots: qualche intervento ma soddisfacenti. Isolamento da curare : non eõ molto lontano dalle richieste Conclusioni : Occorre ancora del lavoro di progettista per dare lõok. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 53

54 Passi successivi Basato sugli stampati del prototipo Counting Room e in corso di assemblaggio quello per caverna. Entro Febbraio a Firenze per la qualifica a banco ed il confronto con l altra versione. L esperienza e gli accorgimenti maturati sulla Versione Counting Room dovrebbero essere qui utilizzabili: meccanica, ecc. Il passo successivo alla qualifica a banco sono i tests B, n che Torino sta preparando. La gara e partita e le offerte sono previste arrivare entro fine marzo. E plausibile si possa concludere la fase di test in tarda primavera in modo da poter scegliere la soluzione finale per la gara prima dell estate. 3 Febbraio 2004 E.Focardi 54

55 Conclusioni Sensori: situazione complessa per i rivelatori spessi, sembra possibile una soluzione che permetta la costruzione del rivelatore in tempo Moduli: Finalmente la produzione e cominciata per il TIB; si prevede Il completamento per l autunno 04 Meccanica: le parti strutturali stanno ora procedendo speditamente, si pensa di completare con le parti di precisione i 4 layers prima dell estate Integrazione: sono in preparazione i tooling per assemblare in parallelo i semigusci di ciascun layer al ritmo di 1 layer/mese Alimentatori: prototipo counting room ~soddisfacente; test prototipo caverna in primavera; conclusione gara inizio estate 3 Febbraio 2004 E.Focardi 55