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Pixel: Stato 2002 e Programma 2003G. Darbo - INFN / Genova Catania, 19 Settembre 2002

ATLAS Pixel:Stato 2002 e Programma 2003

Giovanni Darbo / INFN-GenovaEmail: [email protected]

� Breve update su test-beam e irraggiamento al PS;� Project Plan e Milestone 2003;� Profilo spesa CORE 2003-05;� M&O, C&I, Supplementary Cost� Attività e richieste 2003;� Riassunto tabelle CORE;� FTE e Responsabilità.

Copia della presentazione: http://www.ge.infn.it/ATLAS/PixelItalia/home.html

Pixel: Stato 2002 e Programma 2003G. Darbo - INFN / Genova Catania, 19 Settembre 2002 2

Test Beam: Moduli DSM1Test Beam: Moduli DSM1

� Tre moduli sono stati testati a fine Agostosul 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.

Old module

New DSM1 modules


Hit mapHit 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 bassaresa di produzione)

Genova Modulo#3


Resolution: 1 vs 2 hitsResolution: 1 vs 2 hits

46%

54%

70%

30%

σ = 7.7 µm

σ = 10.6 µm

σ = 6.4 µm

σ = 6.8 µm

Not irradiated (module)60 MRad (single chip)


Not irradiated (module)timewalk/1 :behaviour timewalklexponentia τte−

smearinggaussian

60 MRad (single chip)

timewalk/)ns25( :hits late τ−− te

Efficienza in tempoEfficienza in tempo


Ganged e Long PixelGanged e Long PixelNella regione di separazione tra chip di FE cisono 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)


Funzionamento modulo multichipFunzionamento modulo multichip

Nel modulo ci sono 16 chipche funzionano in parallelo.Se si chiede diistogrammare eventi con hitin più di un FE la zona tra 2chip di FE viene messa inevidenza.


MCC-I1: Irraggiamento al PSMCC-I1: Irraggiamento al PS� 7 MCC-I1 irraggiati al fascio del PS con

protoni da 20 GeV/c ad inizio luglio. 3Chip alimentati a 1.8 V e 4 a 2.2 V.

� L’analisi dell’attivazione del foglio di Alha dato una dose media 2.7*1015 p/cm2.Assumendo 2*1015 p/cm2 = 55MRad, ladose totale corrisponde a 73 Mrad.

� Tutti i chip hanno continuato afunzionare fino alla massima dose esaranno ricaratterizzati in laboratoriouna volta che la radiazione sarà scesa.

� Misure di Single Event Upset (SEU)sono state eseguite su tutti chipdurante tutto il periodod’irraggiamento. L’analisi non è ancoracompletata, ma abbiamo già alcunirisultati (vedi prossime slide).

Accumulated dose (Mrad)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

1 / 0 7 2 / 0 7 3 / 0 7 4 / 0 7 5 / 0 7 6 / 0 7 7 / 0 7 8 / 0 7 9 / 0 7 1 0 / 0 7 1 1 / 0 7


Single bit flip X-section

0.0E+00

5.0E-15

1.0E-14

1.5E-14

2.0E-14

2.5E-14

3.0E-14

3.5E-14

4.0E-14

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0

FIFO 2.2 VFF 2.2 VFIFO 1.8 VFF 1.8 V

MCC-I1 - Sezioni d’urto per “single bit flip”MCC-I1 - Sezioni d’urto per “single bit flip”

(Mrad)

(cm2)


MCC-I1: SEU → Errori di sistemaMCC-I1: SEU → Errori di sistema� Gli MCC nel B-layer hanno 12.3x106 bit nelle FIFO e 0.57x106 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.


Date ImportantiDate ImportantiPanorama generale con particolare attenzione alle attività italianee alle richieste finanziarie INFN. Le date indicate corrispondonoa un project plan con inizio presa dati nel 2007.� 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


Milestone INFN 2002Milestone INFN 2002

Data Mi lestone Stato 8/02

26-02-2002 Global Support & Support Tube PRR Completata10-04-2002 FE-I2 & MCC Final Design Review (FDR) 10-10-2002

3-07-2002 Flex Hybrid Production Readiness Review (PRR) 11-10-200230-04-2002 Caratterizzazione regolatori tensione rad-hard Completata30-10-2002 Progetto sistema power supply 30-10-2002

Milestone progetto Pixel 2002


Milestone 2003 (da discutere)Milestone 2003 (da discutere)Proposta di milestone Pixel per il 2003, inserite nei modulipreventivi 2003 (da discutere con i referee).

Data Mi lestone

31-03-2003 Consegna prototipo finale elettronica rad-hard (DSM2)31-05-2003 50 % sensori testati30-06-2003 B-layer tooling (ITT) ready30-06-2003 Espletamento gara bump-bonding

5-09-2003 FE,MCC & optical chip PRR31-10-2003 Realizzazione di 3 prototipi PP2-box

7-12-2003 100% Local Support ready

Milestone progetto Pixel 2003


M&O, C&I, “Supplementary Costs”M&O, C&I, “Supplementary Costs”

� 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 2002.

2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 2 2 0 0 3140 140 2 5 125 150 350

150 150 0 0 4 5 500100 100 0 0 120 540

0 0 742 984 530 730

3 9 0 3 9 0 7 6 7 1 1 0 9 8 4 5 2 1 2 0

INFN Sharing

- Pixel 32.2% 48.3 48.3 0 0 1 5 161- ID 6.3% 0 0 4 7 6 2 3 3 4 6

4 8 48.3 4 7 6 2 4 8 2073 3 . 0 3 3 . 0 3 2 . 0 4 2 . 5 3 3 . 0 1 4 2 . 0

M&O-B (kCHF) C&I (kCHF) Suppl. Cost (kCHF)

Ripartizione:

Totale kCHFTotale k€

- TRT- PIXEL- SCT

- ID Tota le


M&O, C&I, Supplementary CostsM&O, C&I, Supplementary Costs

I costi M&O, C&I e Supplementary Costs per il 2002 sono statiripartiti all’interno della collaborazione Pixel (vedi tabella slidesuccessiva)

Per quanto riguarda la suddivisione dei costi tra le variecomponenti della collaborazione Pixel per il 2003, questiverranno discussi al prossimo “Pixel Steering Group” (Ott.02).Nelle richieste 2003 abbiamo evidenziato alcune richieste chepotrebbero rientrare in tali categorie (vedi tabella con dettagliorichieste)


M&O, C&I, Supplementary Costs (2002)M&O, C&I, Supplementary Costs (2002)I t e m Rich. (k€) Nota

Test Beam Già dati 3.5 k€Sistema DAQ-1 per il test beam 15.0Cooling per moduli test beam 4.0Power supply (HV+LV) per moduli test beam/lab CERN 6.0Contributo strumentazione per lab pixel (DVM, oscilloscopio, … ) 4.5

Tota le 2 9 . 5

I t e m Rich. (k€) Nota

Refurbishing Racks per SR building (parte) 7.0Contributo piping / cabling SR building 4.0Contributo sistema di raffreddamento in SR building 21.0

Tota le 3 2 . 0

I t e m Rich. (k€) Nota

Sistema di ventilazione SR 22.5Rinforzo pavimento Poli 10.5

Tota le 3 3 . 0

Supplementary Costs

M&O-B 2002

C&I-B 2002


Programma Attività: sensoriProgramma Attività: sensoriStato e programmaStato e programma� 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 successivamenteirraggiate. UD si occuperà del test di tali strutture strutture che prevedecirca 400 misure.

Richieste finanziarieRichieste finanziarie� Non ci sono particolari richieste finanziarie a parte:

➥Chuck freddo per qualificare sensori irradiati (a campionamento) come richiestodal protocollo di QA/QC;

➥Stoccaggio dei sensori da bumpare e trasporti.


Hub - Sensori / BB / FEHub - Sensori / BB / FENew MessicoDortmund

Praga

Tested sensors

Udine

LBL / Bonn

Tested FE wafers

AMSBump deposition

Sensor + FE wafers

US-SensorCutting

US-ElectronicsCutting/thinning

Bumped Sensors Bumped FE

Udine

AMSFlip chipping

Sensor tiles + FE chips

Udine

Bare modules

GenovaX-ray

MilanoBare module test

Module AssemblyGenova, Bonn, LBNL

50 / month x 15 months

12 / week3 / week

Implicazioni finanziarie:• Stoccaggio wafer 3 k€• Trasporti 4 k€

Udine


Programma Attività: meccanicaProgramma Attività: meccanicaStato e programmaStato e programma� 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 finanziarieRichieste 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 hardwaree software.


Programma Attività: elettronicaProgramma Attività: elettronicaStato e programmaStato 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’ allimite per l’applicazione in ATLAS. Le modifiche si limiteranno ad alcune particritiche del chip.

� Sembra probabile che l’MCC-I2 (insieme agli opto chip) verrà sottomesso in un runseparato dai FE-I2 (12/02). L’engineering run MCC-I2 + opto chip (3/03) di 12wafer e sufficiente per la produzione di tutto il rivelatore.

� L’inizio della produzione della elettronica sarà nel 2003.➥Si sta studiando la possibilità di usare il secondo engeneering run (DSM2) per una pre-

produzione: 12 wafer + 48 wafer. Questo potrebbe permettere di produrre 100 moduliper qualifica + 250÷350 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 - vedigara BB)

� Bisogna procedere con prototipi e possibilmente preserie Power Supplies nel 2003.

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Programma Attività: elettronicaProgramma Attività: elettronicaRichieste finanziarieRichieste 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) sipotrebbe avere un run aggiuntivo DSM (MCC-I2) nel 2003.

� Realizzazione di alcuni (3) PP2 di preproduzione (alim.rad hard nel patchpannel 2) e campioni di cavi finali. Tali alimentatori verranno usati per iltest degli stave nei lab di produzione (GE, LBL, Marsiglia). Consumi percompletare test sui regolatori radiation hard.

� Si chiedono (S.J.) fondi per acquistare i regolatori rad-hard della ST.

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Programma Attività: ibridizzazioneProgramma Attività: ibridizzazioneStato e programmaStato 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 waferacquistati dal secondo batch stiamo realizzano un numero sufficiente di moduli (50 +50) per mettere a punto e capire la resa del processo produttivo.

� Pensiamo di iniziare una pre-produzione di 250÷350 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 pre-

produzione.➥In questo modo si riuscirebbe a recuperare parte del ritardo accumulato

nell’elettronica → a scapito di qualche rischio (i moduli potrebbero essere utilizzati per idischi che sono meno critici e come spare)

� Il sistema di microcavi è critico. Questi sono più complessi e richiedono più manpower del previsto. C’è una richiesta di Bonn per aiuto in produzione, forsequesto non avrà ancora ripercussioni nel 2003, ma va considerato.

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Produzione moduliProduzione moduli

Produzione FLEX

GE, Oklahoma

Oklahoma

Test FLEX + MCC

Bonn, GE, LBNL

Dress module

Baremodule

Bonn, GE, MI, LBNL

Test module

TMTWuppertal

Al tubeCPPM

‰Plyform

Plyform

Stave

GE

Post lavorazione

GE

Misura e Qualifica

Bonn, CPPM, GE

Moduli su stave

Dischi

��LBNL


Programma Attività: ibridizzazioneProgramma Attività: ibridizzazioneRichieste finanziarieRichieste 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 dellecomponenti del sistema.

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Finanziamenti Core al 2002Finanziamenti Core al 2002La tabella riepiloga i costi core finanziati fino a Giugno 02. Nella ripartizione percapitoli risulta che la meccanica dei supporti locali (1.1.1.1) ha sforato di 50 k€ la quotaitaliana del MoU. Tale cifra corrisponde all’extra costo riportato da Amendolia nellacolonna “piano di spesa 2001”

➥Si prevede un risparmio nell’elettronica rad-hard, ma cavi e power supply sono statisottostimati. Al momento si pensa di stare nell’envelope previsto, ma solo quando le garesaranno espletate si avrà un quadro più chiaro.

INFN MoU INFN MoU INFN MoU Fin .a t i R ich .03 2 0 0 4(kCHF) ( k € ) % ( k € ) ( k € ) ( k € )

1.1.1.1 Construction of barrel supports including cooling pipes 320 238 4 0 278 -1.1.1.3 Construction of support structure and tooling 150 112 3 8 1 0 102 1.1.2.1 On-chip rad-hard electronics 1 ,794 1,336 2 7 8 199 1,129 1.1.2.2 Sensors 456 339 4 0 319 2 1 1.1.2.4 Module integration 1 ,555 1,158 4 6 127 1,154 -1.1.3.1 Cables, links, power supplies and DCS 626 466 3 6 466 1.1.4 Module-0 3 5 2 6 1 0 2 6 -

ID General Pixel 135 101 101

Tota le 5 , 0 7 1 3 , 7 7 6 7 6 7 1 , 3 5 3 1 , 8 1 8

2 , 1 2 01 , 8 1 8

3 , 9 3 8

Fianziamenti INFN CORE per capitoli MoU

Cap. Descriz ione

Totale CORE fino al 2003

CORE Residuo da chiedere 2004


Composizione e ResponsabilitàComposizione e Responsabilità

Responsabilit GE: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:Responsabilit MI:� Attilio Andreazza - Resp. Produzione Moduli� Clara Troncon - Resp. Test Beam

Responsabilit UD:Responsabilit UD:� Marina Cobal - Coord. Top Physics WG e

ATLAS speakers Committee

No. F T E ' 0 3 F T E ' 0 2 No. F T E ' 0 3 F T E ' 0 2 No. F T E ' 0 3 S e r v i z i

GE 1 6 13.5 12.2 6 2.6 2.8 3 4.0MI 7 5.6 5.8 3 1.4 1.7 2 1.5 27 m.u.UD 6 4.2 6.3 3 1.5 1.5

R i c e r c a t o r i TecnologiSezione

Tecnic i

atlas pixel: stato 2002 e programma 2003 · g. darbo - infn / genova pixel: stato 2002 e programma...

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