Richieste CMS Tracker - per l'anno 2021 + altro Lino Demaria - INFN. Torino per Tracker Italia - CERN Indico
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Richieste
CMS Tracker
per l’anno 2021 + altro
Lino Demaria - INFN. Torino
per Tracker Italia
3/7/2020
1
Presentazione
• Organigrammi & Responsabilita’
• Schedula aggiornata del Tracker
Risorse di TK-Italia per il 2021
• Stato Milestone 2020
• Sblocchi SJ
• PRE-PROTOTIPI
• Inventariabile
• CORE
• Missioni
• Milestone 2021
2
ORGANIGRAMMA Tracker
3
ORGANIGRAMMA RD53
• RD53 non fa un R&D generico, ma fornisce il chip prototipo e finale per il rivelatore di Pixel di
CMS (oltre a quello di Atlas). E’ da considerarsi a tutti gli effetti una parte di organigramma del
Tracker di CMS.
•LHCC ed il P2UG hanno molte volte sottolineato la criticita’ per i progetti di Phase-2 degli
ASIC da realizzare.
4
ORGANIGRAMMA TK-Italia
5
Responsabilita’ Tracker
7 Livelli-2
24 Livelli-3
6
Master Schedule Fase-2 : OT
FLOAT
~1 year
2020-2022
OT EDR : 30/3/2022
Installaz. : 12/2026
7
Master Schedule Fase-2 : IT
FLOAT
~1 year
2020-2022
IT EDR : 7/9/2022
Installaz. : 4/2027
8
STATO Milestone 2020
9
Sblocco SJ: Preprototipi power supplies
Outer Tracker
• Lo step 3 è importante per:
• CERN Framework Market Survey (MS-4492/EP) allo - iniziare per tempo lo sviluppo di power supplies (LV+HV) per area ostile
“step 3” (prototipi valutativi): - verificare, prima del tender finale, le specifiche sui prototipi finali del
rivelatore
- progetto e specifiche tecniche interamente definite
- “Price Enquiry” inviata dal CERN alle ditte qualificate
• Verranno ordinati prototipi solo alle ditte meno care,
entro la disponibilità finanziaria
- offerte vagliate in forma anonima, in ordine crescente di
costo
- auspicabile realizzare prototipi con almeno due ditte
- costo per una prototipizzazione (2 boards) stimato ~ • L’Italia ha un ruolo primario nel progetto power OT:
- ingente impegno finanziario (più del 30%)
100kE (LV + HV in ambiente ostile) - responsabilità scientifica:
• Si chiede lo sblocco dei 100 kE SJ assegnati per il ✓ coordinamento power working group
✓ coordinamento tecnico tracker
2020
- vaglio delle offerte ed ordine dei prototipi previsto nel
prossimo settembre 1220 power supplies and cables, providing
LV (6 ÷ 12V, 1.9A) and HV (0 ÷ -800V, 3mA) to
- produzione, studio e qualifica dei prototipi impegnerà circa
up to 12 modules (+ 1 resistive heater for the
1 anno di lavoro
CO2 cooling system)
- step importante per arrivare alla gara (~ marzo 2022) ed Power supply tech specs defined:
alla produzione (2022-2024) nella tempistica prevista - 13 LV channels and 3 HV channels
- 24 racks (56U high) in UXC
10Sblocco SJ: bump bonding sensori 3D
Inner Tracker FBK 3D Pixel Wafer Layout
• Siamo quali alla fine del processo Stepper 2 presso FBK, celle 25x100
(Baseline) e 50x50
• rivelatori 3D prototipi con P-stop, P-spray o entrambe le opzioni
• Batch per valutare production yield e sensor performance con un solo design
• Pianifichiamo di assemblare i dispositivi prodotti per Settembre
• Bump-Bonding deve seguire le regole del Market Survey CMS à ordine via
CERN
• Minimo tre wafer
• Uno per ciascuna variante di isolamento
Stepper_2 3D Batch: 26 Reticoli
Si chiede lo sblocco dei 30kE assegnati con due sensori/reticolo
sj al 2020 - Pisa
11PRE-PROTOTIPI: tabella richieste 2021
12PRE-PROTOTIPI - TBPX Mechanics
¼ TBPX proto+po 110 keuro (di cui 20ke s.j.)
• PISA
• Fibra carbonio alta conducibilitá K13D2U 42 ladders (5 m2) - 8000 euro
• Interfaccia pipe housing carbon foam Allcomp (2 blocks) - 5000 euro
• 42 ladders taglio – 4000 euro
• 42 ladder lavorazione - 10000 euro
• Colle termiche, grease - 1500 euro
• Inserti moduli (1200) - 5000 euro
• Raggi intra-layers in fibra di carbonio - 2000 euro
• Flange in fibra di carbonio - 10000 euro
• Maschere (mandrino) incollaggio ladders – 4 x 5000 euro
• TORINO
• 100 m tubi acciaio 1.8 mm - 5000 euro
• 40 brasature connettori tubi - 6000 euro
• Brasatura raccordi speciali (5 U, 46 L) - 6000 euro
• Jig Tool posizionamento tubi – 10 x 1500 euro
• 10 dime piegatura tubi - 5000 euro
• 20 Connettori VCR 1.8 mm - 5000 euro
• Tubo 2.2 mm minipipe per raccordi speciali (5 U, 46 L) – offerta ptm 5000 euro
• Prototipo in Al o CF del frame supporto Portcards – 5000-10000 euro s.j.
13TBPX Mechanics
Ladders prototipo per Layer 4 - in corso
Grafite Allcomp (carbon foam)
Ladders in produzione
14PRE-PROTOTIPI - Sensori IT
• Produzione Planari a FBK
• FBK ha prodotto per CMS nel 2019, oltre ai sensori 3D Stepper, un batch di planari
pseudo-quad RD53A Mask Aligner con sensori single e double, sia 25x100 che
50x50 um2
• FBK e’ al momento l’unico produttore in grado di fare sensori “Slim Edge” per
ridurre lo spazio morto tra moduli dei layer interni del tracciatore. L’opzione “Slim
Edge” e’ stata introdotta nei wafer quad (3 sensori/wafer) ed e’ ancora in corso di
valutazione in CMS.
• FBK intende partecipare al tender per i planari
• FBK non ha ancora prodotto sensori planari di grandi dimensioni (non sono stati
chiesti fondi INFN su questo item finora) tipo CROC 1x2 (7.5 cm2) o 2x2 (15 cm2): si
propone di fare un batch full size planar. Questo sarebbe un buon investimento per
l’industria italiana ed un passo importante per arrivare preparati alla produzione. Il
costo stimato prevede di fare uso dei wafer Si-Si gia’ comprati con fondi INFN negli
anni passati. Per la produzione il problema del tempo di consegna dei wafer Si-Si e’
ancora da affrontare.
• Irraggiamenti:
• non ci sono piu’ irraggiamenti in TNA AIDA/Horizon2020, ora si paga tutto. Al
momento l’unico centro di irraggiamento utile e’ a Karlsruhe (p da 23 MeV) ZAG, una
societa’ privata. Un modulo RD53A irraggiato a 1e16 neq/cm2 costa 3k€ (2500+IVA).
La fluenza prevista per L1 e’ 2.3 neq/cm2 quindi con 30k facciamo un massimo di 5
moduli RD53A (priorita’ 3D, poi eventualmente planari). Se si iraggiano i CROC
(3.8cm2) la cifra raddoppia.
15PRE-PROTOTIPI - Power Supply & Cavi
• L’alimentazione IT sarà strutturata su:
- 500 catene di serial powering (0-8 A, max ~25V, fino a 12 moduli per serie) ed HV (0-800 V) distribuito in parallelo entro ciascuna serie
- 552 (tbc) “portcard” (opto-links col backend) alimentate in tensione (6-12 V)
- 336 “pre-heaters” (per cooling a CO2) alimentati in tensione (6-12 V)
• Distribuzione power strettamente correlata con la definizione della meccanica
- interconnessioni in PP1, PP0, material budget, modularità del sistema, …
• Si pensa di alimentare tutto tramite circa 280 (tbc) unità modulari (PSM) “custom” distribuite su 8 racks in UXC (zona “ostile”) ed
altrettanti cavi
- 2 linee seriali, 4 linee HV, 4 linee LV per PSM e per cavo
- NEW: semplificazione e razionalizzazione dello schema: un solo sistema per detector-modules ed opto-links (la versione precedente prevedeva
invece alimentatori distinti e rack aggiuntivi)
Power Supply Cavi
- procurement: CERN Framework Market Survey for - Sviluppo prototipi connettorizzati per ciascun tratto: PSM-
Power Supplies (MS-4492): PP1, PP1-PP0 e PP0-detector
✓ http://cdsweb.cern.ch/record/2655391 ✓ studio delle catene di alimentazione, integrazione
meccanica ed elettrica
- Nel 2021: stesura specifiche tecniche e “fase 3” MS - Costo (esperienza OT) à 20 keuro per tratto à 60 keuro.
con procurement dei prototipi - I cavi devono essere riprogettati in base al nuovo schema di
✓ Prototipi HV+LV in area ostile à ~ 100 ke per ogni produttore alimentazione
che partecipa alla fase3 ✓ Per questo si prevede un incremento dei costi di prototipizzazione
- Sblocco SJ alla definizione delle specifiche tecniche dei (50 -> 60 kE)
prototipi
16PRE-PROTOTIPI - OT DAQ/L1
• Serenity Consortium •Interessi Italiani
• France (Saclay) India (TIFR), Italy (INFN Pisa), Germany (KIT), UK
• I PCB per le boards prototipali sono fabbricate in
(Bristol, Imperial College, RAL). Italia (Somacis) – altre boards in Germania
(interessati anche gli indiani). È importante fare un
• Gruppo di istituti per la produzione delle boards di back-end per vari buon lavoro per vincere le commesse per le boards
sottosistemi di CMS: finali. (Solo per il tracker)
• Outer Tracker DTC e L1-Track Finder • Nel 2019 INFN Pisa si è occupata della
caratterizzazione termica e della progettazione dei
• HGCAL Trigger & DAQ dissipatori.
• L1 Trigger • Attualmente F. Palla è responsabile della parte di
• MTD (timing layer) backend integrazione delle boards alla TIF al CERN
• Oltre alla board “fisica” si occupa di fornire il FW e SW
• L’assegno di ricerca che lavorerà al progetto sarà
infrastrutturale (ma NON delle singole esigenze dei coinvolto nella qualifica delle boards. Interesse nel
sottorivelatori) test di link ottici delle boards tra diverse opzioni.
• Più informazione sulla Serenity Board alla presentazione:
https://indico.cern.ch/event/875862/
•Procurements of PCB
• Permette di avere un framework di sviluppo coerente e che • Costi per PCB 1200 euro + IVA .
massimizza gli sforzi in sinergia, provvedendo la duplicazione degli
sforzi, e la minimizzazione dei tempi di sviluppo e dei rischi associati. • Tipicamente un run è composto da 20 PCB.
• Contributo per 14 PCB ~ 20kE
• CB avrà un Chair and a Co-chair co-rotating (F. Palla and C.
Shepherd-Themistocleous, ordine chi farà il primo turno in via di q Costo di un run fine 2020 da pagare nel 2021
definizione) q Un altro run è previsto nel 2022.
17PRE-PROTOTIPI - OT Modules & Integration
• OTPS modules (Bari, Pg)
• consumi per colla ~2kE
• modifiche jig meccanici, materiale per spacer : ~ 1.6 kE
• filo di bonding ~ 0.7 kE
• taglio baseplate moduli ~ 0.3 kE
• Meccanichal holder probe card per test MaPSA (Padova 2kE)
18Colla, filo bonding, jig …
Alcune sequenze a
BARI
stesso per Perugia
19PRE-PROTOTIPI - IT Modules & Test Beam
• IT Modules. (Firenze 10 kE)
• lavorazione jig meccanici di precisione per
incollaggio moduli in clean room, single chip
cards per prove sensori in lab e test su fascio,
PCB e cablaggi per catene Serial Power con
moduli single chip, strutture di supporto per
catene con moduli 1x2 e 2x2 (sia RD53A che
CROC, con dimesioni diverse). Firenze ha fatto
digital modules e fara’ dual and quad modules
• IT Test-beam @ FNAL. (Milano 5kE)
• serve inserire nuovo supporto meccanico per PCB
con single-chip card (fatte da Zurigo) - richiesta
MILANO
20INVENTARIABILE
• DAQ IT (Milano-Bi) :
si tratta di 1 power Supply serie Tektronix Keithley 2280S per alimentare la
board (PortCArd) che monta il LpGBT e poter estendere il DAQ anche a livello di readout ottco.
Al momento Il setup utilizza due LV power supply per alimentare due
chip/moduli per due teststand FC7 per svlupippo DAQ.
•OT: integrazione TBPS: 16k euro (a Pisa)
Estensione sistema di alimentazione acquistato nel 2020
Da 12 canali per burn-in moduli a 36 canali per integrazione moduli su anelli TBPS
Ogni anello del layer 3 ha 36 moduli
Lista componen+
2x A7435DN : 12+12 canali HV
3x A2519C: 8+8+8 canali LV
•
21CORE 2021
22Tabella CORE- Richieste 2021
23CORE - OTPS Sensors PQC at Perugia
•5% pre-production nel 2020, 25% nel 2021
• Perugia pronto per misure di PQC, prime misure di lunette di pre-produzione (C-
V, I-V diodes; capacitor; VdP strip/poly/p-stop; MOS, FET, dielectric breakdown…)
C-V diode MOS Dielectric breakdown
24CORE - OTPS Hybrids
Stato prototipi OT-hybrids Stato test-card per OT-hybrids
• First pre-production in 2021 (5%)
25CORE - IT Pixel C-ROC
RD53B e’ un chip migliorato rispetto a RD53A e costituisce i prototipi di ATLAS e CMS
• RD53B-ATLAS inviato il 18-Marzo, 21 wafer arrivati al CERN, in qualche giorno saranno montato
su PCB (Single Chip Card) per i primi test
• RD53B-CMS = C-ROC Modifiche per C-ROC
• ha un diverso FE-analogico (FE-lineare)
• sono state apportate alcune modifiche richieste da CMS
Nel 2021 prevista la verifica del C-ROC (inclusi irraggiamento, SEU, Shunt-LDO,
Miglioramenti FE-Lin rispetto a RD53A
26IT Pixel RD53A wafer testing
15 out of 30 CMS wafers tested in Torino
Torino probe station in clean room
27CORE - IT Sensor (3D / Planar)
Overview dall’AR del 2020
28Missioni Tracker - particolari
29Milestone per 2021
30Puoi anche leggere
