P. Morettini 15/5/2015P. Morettini - ATLAS talia 1

Outline Gli argomenti di oggi:  Descoping and costing exercise  Evoluzione del layout dell’ Itk  Prossimi passi  Pianificazione dell'attività 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 2

ITk descoping and costing exercise  Il documento che definisce le opzioni per l’upgrade di fase II di ATLAS, con costi di 275, 235 e 200 MCHF, è in fase di rifinitura. Dovrebbe essere in circolazione per commenti nelle prossime 2-3 settimane.  Come già detto, dal punto di vista ITk si tratta di un esercizio un po’ formale. Le riduzioni identificate riguardano soltanto le Strips e l’estensione ad alto  (cioè oltre  =2.7).  Entro la fine dell’anno dovremo avere una definizione del processo di approvazione dei TDR e una definizione dell’envelope finanziario (presumibilmente senza l’agreement formale delle FA).  Se interpreto bene il pensiero del management, l’idea sarebbe di atterrare su un numero compreso tra 275 e 235 M, che possa consentire la realizzazione di un ITk completo (~125 M). 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 3

Profilo di spesa (Full ITk,  =2.7) 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 4

Pixel Costing: updates  Il modello di costo dei Pixels è ancora rudimentale. La parte relativa ai moduli è stata aggiornata con offerte recenti, quindi è realistica almeno per sensori planari. Il resto (meccanica, servizi,…) ha ancora grandi incertezze.  Il costo dei moduli dipende dallo spessore. 150  m è lo standard, ma si potrebbe risparmiare sui layers esterni usando 200  m. Il bump bonding rappresenta comunque una frazione importante del costo: Sensor: €/cm 2 FE chip: 14 €/cm 2 Bump Bonding: €/cm 2 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 5

Pixel Radius Da molto tempo si discute dell’idea di aggiungere un quinto layer di Pixels. Questa proposta si è concretizzata negli ultimi mesi.  E’ motivata dall’interesse dei gruppi ITk.  Vanno ovviamente dimostrati i vantaggi a livello di tracking performance.  Deve essere economicamente neutra, ovvero il costo aggiuntivo lato Pixels va compensato da una riduzione di costo delle Strips.  Ci sono diversi aspetti da considerare:  Come ridistribuire i 5 layes di Pixel e i 4 layers di Strip nei relativi volumi.  Come estendere la coperture in R dei Pixel rings.  Quale tecnologia adottare per il quinto layer?  Dobbiamo tenere spazio per un sesto layer, nel caso una tecnologia molto piu’ economica degli ibridi classici si materializzi in tempo. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 6

5 Layer Pixel: cost estimate As a starting point, we tried to compute the cost of a detector like this:  Barrel Layer 6 is just an option, not costed for the moment.  Rings 11 (to be optimized) extra rings per side R=33-37 cm  Pixel envelope = 38 cm  Eta coverage  =2.6, to be compared with the IDR detector.  Same assumptions as for the IDR detector in terms of yields, pre- production, scale factors.  Only for the modules, used the cheapest planar sensors, i.e. n-in-p 250  m thick. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 7 Layer 1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer 6 4 cm8 cm14 cm20 cm30 cm34 cm

Costing: 5 th Layer  Il costo del quinto layer è stato calcolato usando le stesse assunzioni usate per il costo dei layers 1-4.  Costo totale 40.6 MCHF, per copertura  = moduli, 14.4 m 2.  Sono stati usati i sensori “spessi”.  Assumendo che l’estensione a grande  richieda ulteriori 4 m 2, avremmo moduli da fabbricare. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 8

First drawings 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 9 End-caps (5 rings) Barrel Some initial design of possible support structures is already in progress…

I prossimi passi  Simulazione comparativa del layout con 4 e 5 layers di Pixel.  Tracking performance, in particolare separazione in jets collimati, conversioni, seed purity, LVL1 tracking. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 10

Possibili layout 4-Strips 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 11

4-Strips (B) + 5-Pixel 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 12 Pixel Doublets Pixel Equi-spaced

4-Strips (D) + 5-Pixels 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 13 Pixel Doublets Pixel Equi-spaced

I prossimi passi  Simulazione comparativa del layout con 4 e 5 layers di Pixel.  Tracking performance, in particolare separazione in jets collimati, conversioni, seed purity, LVL1 tracking.  Revisione del piano di produzione.  Si deve dimostrare che la produzione di ~18 m 2 di Pixels in tecnologia ibrida è possibile. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 14

Production plan (4 layers, 10 m 2 ) Assumptions:  10 modules/week on 10 productions sites for 10 m 2 in 2 years  200 modules/week peak aggregate bump-bonding capability. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 15

Produzione Il bump-bonding appare il problema più serio. I vendors qualificati non sono molti, e di solito hanno volumi di produzione limitati. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 16

Strade da investigare L’opzione 5 (6) layers di Pixels diventa tanto più realistica quanto si riesce ad abbattere i costi e a limitare le richieste di bump- bonding.  Bump bonding: più fornitori, sconti per volume.  CMOS passive sensors: possono essere molto più economici.  CMOS active sensor: possono consentire interconnessioni più economiche (per esempio sostituendo il BB con accoppiamento capacitivo, o riducendo il numero di connessioni per chip).  Fully monolithic CMOS: un sogno fino a qualche mese fa, ma sempre più esperti mostrano un cauto ottimismo. Se usabili ai rates di HL- LHC, potrebbero rappresentare una sostanziale riduzione di costo ed una notevole semplificazione nella costruzione.  Una strategia che n0n dobbiamo sottovalutare consiste nel ridurre la superficie di silicio studiando in modo accurato il layout (-> simulazioni, tracking performance). 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 17

I prossimi passi  Simulazione comparativa del layout con 4 e 5 layers di Pixel.  Tracking performance, in particolare separazione in jets collimati, conversioni, seed purity, LVL1 tracking.  Revisione del piano di produzione.  Si deve dimostrare che la produzione di ~18 m 2 di Pixels in tecnologia ibrida è possibile.  Dobbiamo cominciare a dividere il lavoro tra i diversi laboratori.  Non possiamo avere il supporto di un MoU, ma la discussione informale deve iniziare ora. 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 18

Items che richiedono attenzione  Simulazione, tracking performance.  Supporti meccanici (soprattutto globali).  Bump-bonding e alternative.  Interconnessioni, trasmissione dati lungo gli staves.  Schemi di powering (la baseline e’ serial powering).  Sistemi di readout (in particolare nel medio termine, ottimizzazione dei test dei moduli). 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 19

Contributo italiano Nel contesto della pianificazione del lavoro futuro, sarebbe importante anche per i gruppi INFN definire in modo più preciso le aree di interesse ed intensificare I contributi nei gruppi di lavoro ITk.  Sensori 3D (FBK)  Bump-bonding (Selex)  CMOS sensors (STM + …)  Readout, sistemi di test  Produzione, assemblaggio e test di moduli  Meccanica  Power distribution  Simulazione e tracciamento  Track trigger 15/5/2015 P. Morettini - ATLAS talia 20