stato del tib/tid silicon inner tracker di cms

Stato del TIB/TIDStato del TIB/TIDsilicon inner tracker di CMSsilicon inner tracker di CMS

Roberto Dell’OrsoRoberto Dell’Orso

INFN PisaINFN Pisa

Napoli 21 settembre 2005Napoli 21 settembre 2005 INFN Commissione Scientifica Nazionale 1INFN Commissione Scientifica Nazionale 1

SommarioSommario

Produzione dei moduli al silicioProduzione dei moduli al silicio Stato dell’integrazione del TIB (Inner Barrel)Stato dell’integrazione del TIB (Inner Barrel) Stato dell’integrazione del TID (Inner Disks)Stato dell’integrazione del TID (Inner Disks) Procedura di burn-inProcedura di burn-in Stato dei power supplyStato dei power supply Test di cablatura e di inserzione (luglio 2005)Test di cablatura e di inserzione (luglio 2005) ConclusioniConclusioni

# YIELD %assembled 2852bonded 2484ARC-tested 2465good-ARC 2374lt-tested 2146bad for IV 48bad for strps 13bad for lt 6bad other 20

tot good 2335 96.4tot bad 87

Produzione moduliProduzione moduliProdotti e testati 2335 moduli su3550 (+10% spares) necessari

65% dei moduli necessari:Tutti i TIB+, 50% dei TID+Strips attive > 99.8%

Fine produzione prevista per novembre 2005

Rate di produzione moduliRate di produzione moduli

Consegna ibridi “regolare”; pausa estiva per module bonding

Produzione moduli TEC in ItaliaProduzione moduli TEC in Italia Per recuperare il ritardo del TEC Per recuperare il ritardo del TEC

(Tracker End Caps), la (Tracker End Caps), la collaborazione italiana si e’ collaborazione italiana si e’ impegnata a produrre 300 impegnata a produrre 300 moduli TEC (simili ai moduli moduli TEC (simili ai moduli TID)TID)

Tale produzione iniziera’ solo Tale produzione iniziera’ solo dopo aver terminato i moduli dopo aver terminato i moduli TIB/TID e continuera’ nei primi TIB/TID e continuera’ nei primi mesi del 2006mesi del 2006

Incollaggio moduli double sidedIncollaggio moduli double sided Costruzione di :Costruzione di :

768 moduli-DS TIB768 moduli-DS TIB 288 moduli-DS TID288 moduli-DS TID

Rate previsto:Rate previsto: 20 moduli/giorno20 moduli/giorno

Assemblaggio/incollaggio Assemblaggio/incollaggio Automatizzato, in paralleloAutomatizzato, in parallelo

Necessario accoppiamento dei Necessario accoppiamento dei moduli SSmoduli SS

Resistenza al danno da radiazione Resistenza al danno da radiazione (selezione moduli SS con V(selezione moduli SS con Vdepl depl

compatibile (entro 10-15%))compatibile (entro 10-15%))

Disponibili 4 piatti per TIB, 2 piatti per TID, robot di incollaggio

Moduli DS incollatiModuli DS incollati 124 moduli-DS TIB124 moduli-DS TIB 24 moduli-DS TID24 moduli-DS TID

Stato Layer 3 forwardStato Layer 3 forward

Completato a giugno 2005Completato a giugno 2005 Layer 3 upLayer 3 up usato per test usato per test

burn-inburn-in Layer 3 downLayer 3 down trasportato trasportato

da Firenze a Pisada Firenze a Pisa

Shock absorber

Stato Layer 4 forwardStato Layer 4 forward Gli 8 control ring Gli 8 control ring

(DOHM e mother (DOHM e mother cables) sono stati cables) sono stati precablati e testati su precablati e testati su bancobanco

Tutti i moduli montati Tutti i moduli montati (turni agosto !)(turni agosto !)

3 moduli difettosi 3 moduli difettosi sostituiti sostituiti

2 MC difettosi 2 MC difettosi sostituitisostituiti

In corso rimontaggio In corso rimontaggio DOHMDOHM

Qualche ritardo per Qualche ritardo per alcuni cavi di alcuni cavi di alimentazione alimentazione (meduse) difettosi(meduse) difettosi

Schermo e grounding Layer 4Schermo e grounding Layer 4 Il supporto dei DOH (Digital Il supporto dei DOH (Digital

Opto Hybrids) e’ stato Opto Hybrids) e’ stato migliorato rispetto al layer 3 migliorato rispetto al layer 3 (cavi schermati)(cavi schermati)

Il bordo della flangia e’ stato Il bordo della flangia e’ stato dotato di una piastrina di rame dotato di una piastrina di rame per i collegamenti di GNDper i collegamenti di GND

Fibre otticheFibre ottiche Nessun problema con Analog Nessun problema con Analog

Opto HybridsOpto Hybrids Utilizzate spirali proteggi fibre Utilizzate spirali proteggi fibre

di silicone (irraggiamento con di silicone (irraggiamento con pp 24MeV24MeV ok) nelle zone critiche ok) nelle zone critiche

Fibre leggermente danneggiate Fibre leggermente danneggiate possono essere riparatepossono essere riparate

Deciso l’acquisto di un tool Deciso l’acquisto di un tool dedicato (e costoso) per dedicato (e costoso) per riparare fibre che si dovessero riparare fibre che si dovessero rompere all’esterno dei cilindri rompere all’esterno dei cilindri

Tempi di integrazione dei Tempi di integrazione dei Layer 3 e 4 forwardLayer 3 e 4 forward

L3

Aprile MaggioMarzo Giugno Luglio Agosto

Moduli esterni

Moduli interni

AOH

Cavetti

Arrivo

Arrivo

L4

Stato Layer 2Stato Layer 2 Meccanica di entrambi i semigusci Meccanica di entrambi i semigusci

completata:completata: PillarPillar incollati e modificati per incollati e modificati per

passaggio fibrepassaggio fibre Ledge AOH arretrati per non stressare Ledge AOH arretrati per non stressare

le fibre in prossimita’ dei pillarle fibre in prossimita’ dei pillar In corso realizzazione supporti DOHMIn corso realizzazione supporti DOHM Cable holderCable holder completati completati

Ledge arretrati

pillar

Cable holder

Layer 2: Test integrazione moduliLayer 2: Test integrazione moduli

Montata una stringa con Montata una stringa con moduli DS (doppia moduli DS (doppia faccia) faccia)

Modificare tool Modificare tool integrazione moduli per integrazione moduli per la posizione 1e/1fla posizione 1e/1f

Qualche difficolta’ ad Qualche difficolta’ ad inserire i mother cable in inserire i mother cable in presenza del cable presenza del cable holderholder

Layer 2: integrazione Analog Layer 2: integrazione Analog Opto HybridsOpto Hybrids

Iniziato il montaggio Iniziato il montaggio degli AOH internidegli AOH interni

Il numero di fibre ottiche e’ Il numero di fibre ottiche e’ molto superiore rispetto ai molto superiore rispetto ai layer 3-4layer 3-4

18 fibre ottiche per stringa 18 fibre ottiche per stringa (6 nei layer 3-4)(6 nei layer 3-4)

Stato Layer 1Stato Layer 1

Incollaggio parti di Incollaggio parti di precisione e tubi precisione e tubi di raffreddamento di raffreddamento esterni terminato esterni terminato

In corso In corso incollaggio tubi incollaggio tubi interni e rifinitura interni e rifinitura pillarpillar

Magnet Test & Cosmic ChallangeMagnet Test & Cosmic Challange

Un cooling loop del layer 3 Un cooling loop del layer 3 prototipo e’ stato prototipo e’ stato assemblato completamenteassemblato completamente

In ottobre verra’ strumentato In ottobre verra’ strumentato anche un mockup del layer 2 anche un mockup del layer 2 (meccanica e moduli gia’ (meccanica e moduli gia’ disponibili)disponibili)

Cosmic Challenge previsto per Cosmic Challenge previsto per febbraio 2006febbraio 2006

Sezioni INFN di Catania, Bari, PadovaSezioni INFN di Catania, Bari, Padova

Integrazione dischi (Torino)Integrazione dischi (Torino) Ring 1 del Disco 1 Ring 1 del Disco 1

(24 moduli DS) (24 moduli DS) integrato con integrato con successosuccesso

Procedura di Procedura di integrazione integrazione simile al TIBsimile al TIB Sviluppati tool Sviluppati tool

dedicati per il TIDdedicati per il TID Definiti molti Definiti molti

dettaglidettagli

Ring 1 (TID)Ring 1 (TID) I moduli vengono montati prima I moduli vengono montati prima

degli Analog Opto Hybridsdegli Analog Opto Hybrids Le fibre di 3 AOH sono Le fibre di 3 AOH sono

raggruppate in un bundleraggruppate in un bundle Test con VTest con Vbiasbias = 400 V ok: = 400 V ok:

TID: programma futuroTID: programma futuro Per completare il primo Per completare il primo

disco (TID+ contiene 3 disco (TID+ contiene 3 dischi)dischi)

Ring 2: meccanica Ring 2: meccanica pronta, moduli DS da pronta, moduli DS da incollareincollare

Ring 3: meccanica Ring 3: meccanica pronta, leggero ritardo pronta, leggero ritardo nella consegna dei nella consegna dei Mother Cable (ottobre)Mother Cable (ottobre)

L’assemblaggio del L’assemblaggio del Disco non puo’ iniziare Disco non puo’ iniziare prima del prima del completamento del completamento del Ring 3 Ring 3

(sequenza R3->R1->R2)(sequenza R3->R1->R2)

Procedura di Burn-inProcedura di Burn-in Lettura di un’intera shell Lettura di un’intera shell

(mezzo layer) con DAQ finale (mezzo layer) con DAQ finale e bassa temperaturae bassa temperatura

Test effettuati su layer 3 upTest effettuati su layer 3 up 1 modulo sconnesso 1 modulo sconnesso

(recovered)(recovered) 1 fibra ottica difettosa 1 fibra ottica difettosa

(recovered)(recovered) 5 readout chips non 5 readout chips non

accessibili a bassa accessibili a bassa temperaturatemperatura

Noise buono in peak modeNoise buono in peak mode Noise leggermente piu’ Noise leggermente piu’

elevato in alcune regioni elevato in alcune regioni (non ripetibile!) in (non ripetibile!) in deconvolution modedeconvolution mode

Layer 3 up all’interno della camera climatica

Burn-in: Noise in Burn-in: Noise in

deconvolution deconvolution modemode

Moduli in prossimita’ della flangia

Moduli lontani dalla flangia

Noise Distribution vsStrip number(DEC INV-ON: 25 ns shaping time)

AD

C c

ou

nts

Burn-in TIB Burn-in TIB layer 3: layer 3:

protocollo I2Cprotocollo I2C

Alcuni chip di readout non Alcuni chip di readout non rispondono al protocollo rispondono al protocollo di comunicazione I2C:di comunicazione I2C:

L’errore si verifica sempre L’errore si verifica sempre negli stessi chip (5 APV25) in negli stessi chip (5 APV25) in 3 diversi moduli lontani dal 3 diversi moduli lontani dal chip di controllo (CCU)chip di controllo (CCU)

Si verifica solo a bassa Si verifica solo a bassa temperatura (camera a -25temperatura (camera a -25ooC, C, readout hybrid -12readout hybrid -12ooC)C)

Non si verifica a Non si verifica a T >= -10T >= -10ooCC Sostituendo il modulo il Sostituendo il modulo il

problema scompareproblema scompare

Abbiamo verificato che in generale i segnali Abbiamo verificato che in generale i segnali del protocollo I2C non sono critici (del protocollo I2C non sono critici (t > 7ns)t > 7ns)

APV [email protected]

SDA

SCK

31 ns @0.45V Fall(SCL)=20nsFall(SDA)=24ns

SCK

SDA

Digressione: Protocollo I2C nel TOBDigressione: Protocollo I2C nel TOB

SCL on FE-Hybrid

SDAUnequal fall-time of SCL and SDA signals

Le rod del Le rod del TrackerOuterBarrel TrackerOuterBarrel hanno mostrato seri hanno mostrato seri problemi di problemi di comunicazione I2C:comunicazione I2C:

Misure dirette hanno Misure dirette hanno rivelato un rivelato un timing timing critico dei segnali SDA critico dei segnali SDA vs SCLvs SCL quando viene quando viene indirizzato l’Analog indirizzato l’Analog Opto Hybrid Opto Hybrid (specialmente per (specialmente per l’APV25 che ha una l’APV25 che ha una soglia piu’ bassa)soglia piu’ bassa)

APV e AOH sono APV e AOH sono connessi al bus I2C connessi al bus I2C (CCU) attraverso (CCU) attraverso l’Interconnect Boardl’Interconnect Board

Nel TOB e’ stata presa la decisione di ridisegnare le Nel TOB e’ stata presa la decisione di ridisegnare le Interconnect Board in modo da risolvere il problema del Interconnect Board in modo da risolvere il problema del diverso tempo di discesa dei segnali SCL e SDAdiverso tempo di discesa dei segnali SCL e SDA

Commissioning DAQ per burn-inCommissioning DAQ per burn-in Settembre 2005:Settembre 2005: Installato a Pisa un nuovo Installato a Pisa un nuovo

FEC (controllo di 4 ring FEC (controllo di 4 ring contemporanei)contemporanei)

Installati 4 FED V2 (scheda Installati 4 FED V2 (scheda ADC con nuovo firmware)ADC con nuovo firmware)

Commissioning di un Commissioning di un software funzionantesoftware funzionante

Canali sufficienti per la Canali sufficienti per la lettura (ed il controllo) di un lettura (ed il controllo) di un intero intero half layer 3-4half layer 3-4

FrontEnd Controller

FrontEnd Drivers(ADC)

Burn-in layer 3 DAQ finaleBurn-in layer 3 DAQ finale

Timing:Timing: Tutti i moduli (129) Tutti i moduli (129)

sono alimentatisono alimentati Tutti i Tutti i tick marktick mark

sono ricostruiti ed sono ricostruiti ed allineatiallineati

I ritardi delle PLL I ritardi delle PLL sono selezionati sono selezionati per sincronizzare per sincronizzare tutti i moduli: tutti i moduli: consistente con la consistente con la posizione logica posizione logica nel ringnel ring

Ultima posizione nel ring

Ad

c co

un

ts APV25 Tick mark

PLL delay

Burn-in layer 3 DAQ finaleBurn-in layer 3 DAQ finale Analog Opto Analog Opto

Hybrid gain:Hybrid gain: Il guadagno viene Il guadagno viene

regolato in base regolato in base all’altezza dei all’altezza dei tick tick markmark

Risposta uniforme di tuttele fibre ottiche (258 canali)

Acquisizione Acquisizione dei piedistalli:dei piedistalli:

Il readout dell’intero Il readout dell’intero layer richiede 3 FEDlayer richiede 3 FED

Distribuzione del Distribuzione del rumore (66048 strip)rumore (66048 strip)

Peak mode

Shaping = 45ns Run #510021

Dec mode

Shaping = 25ns Run #510022

adcadc

Burn-in: programmaBurn-in: programma Il problema del protocollo I2C Il problema del protocollo I2C

sembra non essere criticosembra non essere critico Lettura con il DAQ finale del layer 4 Lettura con il DAQ finale del layer 4

(up&down)(up&down) Definizione della procedura di burn-inDefinizione della procedura di burn-in Maggior numero di canaliMaggior numero di canali Migliore schermatura dei segnali Migliore schermatura dei segnali

digitalidigitali Lettura con il DAQ finale del Lettura con il DAQ finale del

prototipo per Magnet Test (un settore prototipo per Magnet Test (un settore di di layer 3 + layer 2)layer 3 + layer 2)

Studi di grounding, moduli doppia Studi di grounding, moduli doppia faccia, interferenza layer 3/layer 2faccia, interferenza layer 3/layer 2

Burn-in dei rimanenti layer…Burn-in dei rimanenti layer…

Power SupplyPower Supply TorinoTorino: QA Test di produzione : QA Test di produzione

(1000 PSM) per tutto il (1000 PSM) per tutto il tracciatore utilizzando HW tracciatore utilizzando HW dedicato che simula anche dedicato che simula anche dinamicamente il Tracker.dinamicamente il Tracker.

Ora 2 Test Equipment installati Ora 2 Test Equipment installati anche sulle linee di produzioneanche sulle linee di produzione

454/1000 schede testate aTorino454/1000 schede testate aTorino Failure rate 20% sulle prime Failure rate 20% sulle prime

delivery, oggi sceso al 3%delivery, oggi sceso al 3% Le schede Le schede BadBad ritornano a ritornano a

Torino dopo la sostituzione Torino dopo la sostituzione prima di essere consegnate al prima di essere consegnate al CERNCERN

Fine della produzione Maggio Fine della produzione Maggio 20062006

Test Equipment per Tracker PS A4601

Test di cablatura TIB/TIDTest di cablatura TIB/TID Test di cablatura (CERN Test di cablatura (CERN

luglio 2005): e’ uno studio luglio 2005): e’ uno studio realistico di un settore realistico di un settore attrezzato completamente attrezzato completamente con servizi, cavi elettrici, con servizi, cavi elettrici, fibre ottiche e tubi di fibre ottiche e tubi di raffreddamentoraffreddamento

Sono stati impiegati Sono stati impiegati un mockup del TIB Forward,

dotato di una flangia in plexiglass che riporta le posizioni dei connettori e dei tubi di raffreddamento

un mokup del service cylinder, munito di pannelli di servizio (margherite) per connettori elettrici e ottici

Test di cablatura TIB/TIDTest di cablatura TIB/TID Il montaggio dei servizi interni

suggerisce di dividere il routing dei tubi e dei cavi dalle fibre ottiche, avvolte su dischi e separate da un pannello di mylar

L’installazione dei cavi esterni (CAB60) ha mostrato che l’ingombro, anche dei connettori, garantisce il rispetto dell’envelope del TIB/TID

É stata sviluppata e montata la struttura di supporto dei cavi lungo il support tube (serie di ganci che si ancorano allo schermo termico)

mylar

Test di inserzione (luglio 2005)Test di inserzione (luglio 2005)

La struttura del TIB La struttura del TIB e’ stata trasportata al e’ stata trasportata al CERN all’interno del CERN all’interno del Cradle di trasportoCradle di trasporto

Il viaggio Pisa-CERN Il viaggio Pisa-CERN e’ avvenuto con la e’ avvenuto con la procedura finale, procedura finale, utilizzando la box di utilizzando la box di trasporto (casetta) trasporto (casetta) con sospensioni e con sospensioni e monitoraggio delle monitoraggio delle accelerazioniaccelerazioni

TIB layer-4 Backward + Service cylinder prototype + dummy “margherita” panels

Cradle di trasporto

casetta

Il carrello (Antti Chariot) estende le rotaie del TOB all’esterno Il carrello (Antti Chariot) estende le rotaie del TOB all’esterno del Tracker Cylinderdel Tracker Cylinder

Il cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIBIl cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIB Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’ Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’

installato nel Tracker Cylinderinstallato nel Tracker Cylinder

Procedura di inserzione TIB/TIDProcedura di inserzione TIB/TID

Test di inserzione (luglio 2005)Test di inserzione (luglio 2005) Tenda allestita all’esterno Tenda allestita all’esterno

della clean roomdella clean room Cradle-out sollevato con Cradle-out sollevato con

carro ponte e posizionato carro ponte e posizionato nel carrellonel carrello

Carrello ‘agganciato’ al Carrello ‘agganciato’ al Tracker cylinderTracker cylinder

Il TIB viene fatto scorrere Il TIB viene fatto scorrere all’interno del TOBall’interno del TOB

Rotaie cradle-out

Rotaie cradle-in

Test di inserzione (luglio 2005)Test di inserzione (luglio 2005) La La procedura di inserzioneprocedura di inserzione e’ e’

ben definita e tutti gli step sono ben definita e tutti gli step sono stati verificatistati verificati

I I tooltool a disposizione a disposizione necessitano solo di piccoli necessitano solo di piccoli perfezionamentiperfezionamenti

Quando il TIB era posizionato Quando il TIB era posizionato all’interno del TOB la sua all’interno del TOB la sua posizioneposizione e’ stata e’ stata misuratamisurata e e sono state verificate possibili sono state verificate possibili interferenze tra la flangia interferenze tra la flangia frontale del TOB ed il pannello frontale del TOB ed il pannello dei servizi (margherita) del TIBdei servizi (margherita) del TIB

TIB inserito nel TOB all’interno del Tracker Cylinder

ConclusioniConclusioni La produzione dei La produzione dei modulimoduli e’ oltre il 65% e’ oltre il 65%

• Flusso degli ibridi di front-end regolare, priorita’ all’incollaggio moduli DSFlusso degli ibridi di front-end regolare, priorita’ all’incollaggio moduli DS Integrazione Integrazione TIBTIB::

• Layer 3 forward ultimatoLayer 3 forward ultimato• Layer 4 forward “vestito” con tutti i moduliLayer 4 forward “vestito” con tutti i moduli• 2 DAQ a Pisa per integrazione in parallelo (Layer 4/M.Test e Layer 2)2 DAQ a Pisa per integrazione in parallelo (Layer 4/M.Test e Layer 2)• Iniziato montaggio optoibridi su Layer 2 forwardIniziato montaggio optoibridi su Layer 2 forward• In corso incollaggio parti di precisione Layer 1 forwardIn corso incollaggio parti di precisione Layer 1 forward

Integrazione Integrazione TIDTID::• Ring 1 del Disk 1 forward ultimatoRing 1 del Disk 1 forward ultimato• Meccanica Ring 2 e 3 Disk 1 forward prontaMeccanica Ring 2 e 3 Disk 1 forward pronta• In corso incollaggio parti di precisione Disk 2In corso incollaggio parti di precisione Disk 2• In corso saldatura e test tubi raffreddamento Disk 3In corso saldatura e test tubi raffreddamento Disk 3

Burn-inBurn-in TIB/TID: TIB/TID: Layer 3 up utilizzato per debugging del sistema di burn-inLayer 3 up utilizzato per debugging del sistema di burn-in

• Problema di comunicazione I2C non critica per il TIBProblema di comunicazione I2C non critica per il TIB• Rumore non ripetibile in DEC mode probabilmente dovuto a schermatura caviRumore non ripetibile in DEC mode probabilmente dovuto a schermatura cavi• Commissioning DAQ test finale (4 ring + 4 FED a 96 canali) avvenuto Commissioning DAQ test finale (4 ring + 4 FED a 96 canali) avvenuto

Test cablatura e Test cablatura e test di inserzionetest di inserzione nel TOB al CERN: luglio2005 nel TOB al CERN: luglio2005

stato del tib/tid silicon inner tracker di cms

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