Stato del TIB/TID silicon inner tracker di CMS Roberto Dell’Orso INFN Pisa Napoli 21 settembre 2005 INFN Commissione Scientifica Nazionale 1

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

Produzione moduli Prodotti e testati 2335 moduli su 3550 (+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 moduli Consegna ibridi “regolare”; pausa estiva per module bonding

Produzione moduli TEC in Italia  Per recuperare il ritardo del TEC (Tracker End Caps), la collaborazione italiana si e’ impegnata a produrre 300 moduli TEC (simili ai moduli TID)  Tale produzione iniziera’ solo dopo aver terminato i moduli TIB/TID e continuera’ nei primi mesi del 2006

Incollaggio moduli double sided  Costruzione di : 768 moduli-DS TIB 768 moduli-DS TIB 288 moduli-DS TID 288 moduli-DS TID  Rate previsto: 20 moduli/giorno 20 moduli/giorno  Assemblaggio/incollaggio Automatizzato, in parallelo Automatizzato, in parallelo  Necessario accoppiamento dei moduli SS Resistenza al danno da radiazione (selezione moduli SS con V depl compatibile (entro 10-15%)) Resistenza al danno da radiazione (selezione moduli SS con V depl compatibile (entro 10-15%)) Disponibili 4 piatti per TIB, 2 piatti per TID, robot di incollaggio  Moduli DS incollati 124 moduli-DS TIB 124 moduli-DS TIB 24 moduli-DS TID 24 moduli-DS TID

Stato Layer 3 forward  Completato a giugno 2005  Layer 3 up usato per test burn-in  Layer 3 down trasportato da Firenze a Pisa Shock absorber

Stato Layer 4 forward  Gli 8 control ring (DOHM e mother cables) sono stati precablati e testati su banco  Tutti i moduli montati (turni agosto !) 3 moduli difettosi sostituiti 3 moduli difettosi sostituiti 2 MC difettosi sostituiti 2 MC difettosi sostituiti  In corso rimontaggio DOHM Qualche ritardo per alcuni cavi di alimentazione (meduse) difettosi Qualche ritardo per alcuni cavi di alimentazione (meduse) difettosi

Schermo e grounding Layer 4  Il supporto dei DOH (Digital Opto Hybrids) e’ stato migliorato rispetto al layer 3 (cavi schermati)  Il bordo della flangia e’ stato dotato di una piastrina di rame per i collegamenti di GND

Fibre ottiche  Nessun problema con Analog Opto Hybrids  Utilizzate spirali proteggi fibre di silicone (irraggiamento con p 24MeV ok) nelle zone critiche  Fibre leggermente danneggiate possono essere riparate  Deciso l’acquisto di un tool dedicato (e costoso) per riparare fibre che si dovessero rompere all’esterno dei cilindri

Tempi di integrazione dei Layer 3 e 4 forward L3 AprileMaggioMarzoGiugnoLuglioAgosto Moduli esterni Moduli interni AOH Cavetti Arrivo L4

Stato Layer 2  Meccanica di entrambi i semigusci completata: Pillar incollati e modificati per passaggio fibre Pillar incollati e modificati per passaggio fibre Ledge AOH arretrati per non stressare le fibre in prossimita’ dei pillar Ledge AOH arretrati per non stressare le fibre in prossimita’ dei pillar In corso realizzazione supporti DOHM In corso realizzazione supporti DOHM Cable holder completati Cable holder completati Ledge arretrati pillar Cable holder

Layer 2: Test integrazione moduli  Montata una stringa con moduli DS (doppia faccia)  Modificare tool integrazione moduli per la posizione 1e/1f  Qualche difficolta’ ad inserire i mother cable in presenza del cable holder

Layer 2: integrazione Analog Opto Hybrids  Iniziato il montaggio degli AOH interni  Il numero di fibre ottiche e’ molto superiore rispetto ai layer fibre ottiche per stringa 18 fibre ottiche per stringa (6 nei layer 3-4) (6 nei layer 3-4)

Stato Layer 1  Incollaggio parti di precisione e tubi di raffreddamento esterni terminato  In corso incollaggio tubi interni e rifinitura pillar

Magnet Test & Cosmic Challange  Un cooling loop del layer 3 prototipo e’ stato assemblato completamente  In ottobre verra’ strumentato anche un mockup del layer 2 (meccanica e moduli gia’ disponibili)  Cosmic Challenge previsto per febbraio 2006  Sezioni INFN di Catania, Bari, Padova

Integrazione dischi (Torino)  Ring 1 del Disco 1 (24 moduli DS) integrato con successo  Procedura di integrazione simile al TIB Sviluppati tool dedicati per il TID Sviluppati tool dedicati per il TID Definiti molti dettagli Definiti molti dettagli

Ring 1 (TID)  I moduli vengono montati prima degli Analog Opto Hybrids  Le fibre di 3 AOH sono raggruppate in un bundle  Test con V bias = 400 V ok:

TID: programma futuro  Per completare il primo disco (TID+ contiene 3 dischi) Ring 2: meccanica pronta, moduli DS da incollare Ring 2: meccanica pronta, moduli DS da incollare Ring 3: meccanica pronta, leggero ritardo nella consegna dei Mother Cable (ottobre) Ring 3: meccanica pronta, leggero ritardo nella consegna dei Mother Cable (ottobre)  L’assemblaggio del Disco non puo’ iniziare prima del completamento del Ring 3 (sequenza R3->R1->R2) (sequenza R3->R1->R2)

Procedura di Burn-in  Lettura di un’intera shell (mezzo layer) con DAQ finale e bassa temperatura  Test effettuati su layer 3 up 1 modulo sconnesso (recovered) 1 modulo sconnesso (recovered) 1 fibra ottica difettosa (recovered) 1 fibra ottica difettosa (recovered) 5 readout chips non accessibili a bassa temperatura 5 readout chips non accessibili a bassa temperatura Noise buono in peak mode Noise buono in peak mode Noise leggermente piu’ elevato in alcune regioni (non ripetibile!) in deconvolution mode Noise leggermente piu’ elevato in alcune regioni (non ripetibile!) in deconvolution mode Layer 3 up all’interno della camera climatica

Burn-in: Noise in deconvolution mode Moduli in prossimita’ della flangia Moduli lontani dalla flangia Noise Distribution vs Strip number ( DEC INV-ON : 25 ns shaping time) ADC counts

Burn-in TIB layer 3: protocollo I2C  Alcuni chip di readout non rispondono al protocollo di comunicazione I2C: L’errore si verifica sempre negli stessi chip (5 APV25) in 3 diversi moduli lontani dal chip di controllo (CCU) L’errore si verifica sempre negli stessi chip (5 APV25) in 3 diversi moduli lontani dal chip di controllo (CCU) Si verifica solo a bassa temperatura (camera a -25 o C, readout hybrid -12 o C) Si verifica solo a bassa temperatura (camera a -25 o C, readout hybrid -12 o C) Non si verifica a Non si verifica a T >= -10 o C T >= -10 o C Sostituendo il modulo il problema scompare Sostituendo il modulo il problema scompare Abbiamo verificato che in generale i segnali del protocollo I2C non sono critici (  t > 7ns) Abbiamo verificato che in generale i segnali del protocollo I2C non sono critici (  t > 7ns) APV SDA SCK 31 Fall(SCL)=20ns Fall(SDA)=24ns SCK SDA

Digressione: Protocollo I2C nel TOB SCL on FE-Hybrid SDA Unequal fall-time of SCL and SDA signals  Le rod del TrackerOuterBarrel hanno mostrato seri problemi di comunicazione I2C: Misure dirette hanno rivelato un timing critico dei segnali SDA vs SCL quando viene indirizzato l’Analog Opto Hybrid (specialmente per l’APV25 che ha una soglia piu’ bassa) Misure dirette hanno rivelato un timing critico dei segnali SDA vs SCL quando viene indirizzato l’Analog Opto Hybrid (specialmente per l’APV25 che ha una soglia piu’ bassa) APV e AOH sono connessi al bus I2C (CCU) attraverso l’Interconnect Board APV e AOH sono connessi al bus I2C (CCU) attraverso l’Interconnect Board Nel TOB e’ stata presa la decisione di ridisegnare le Interconnect Board in modo da risolvere il problema del diverso tempo di discesa dei segnali SCL e SDA Nel TOB e’ stata presa la decisione di ridisegnare le Interconnect Board in modo da risolvere il problema del diverso tempo di discesa dei segnali SCL e SDA

Commissioning DAQ per burn-in  Settembre 2005:  Installato a Pisa un nuovo FEC (controllo di 4 ring contemporanei)  Installati 4 FED V2 (scheda ADC con nuovo firmware)  Commissioning di un software funzionante  Canali sufficienti per la lettura (ed il controllo) di un intero half layer 3-4 Front End Controller Front End Drivers (ADC)

Burn-in layer 3 DAQ finale Timing: Timing:  Tutti i moduli (129) sono alimentati  Tutti i tick mark sono ricostruiti ed allineati  I ritardi delle PLL sono selezionati per sincronizzare tutti i moduli: consistente con la posizione logica nel ring Ultima posizione nel ring Adc counts APV25 Tick mark PLL delay

Burn-in layer 3 DAQ finale Analog Opto Hybrid gain: Analog Opto Hybrid gain:  Il guadagno viene regolato in base all’altezza dei tick mark Risposta uniforme di tutte le fibre ottiche (258 canali) Acquisizione dei piedistalli: Acquisizione dei piedistalli:  Il readout dell’intero layer richiede 3 FED  Distribuzione del rumore (66048 strip) Peak mode Shaping = 45ns Run # Dec mode Shaping = 25ns Run # adc

Burn-in: programma  Il problema del protocollo I2C sembra non essere critico  Lettura con il DAQ finale del layer 4 (up&down) Definizione della procedura di burn-in Definizione della procedura di burn-in Maggior numero di canali Maggior numero di canali Migliore schermatura dei segnali digitali Migliore schermatura dei segnali digitali  Lettura con il DAQ finale del prototipo per Magnet Test (un settore di layer 3 + layer 2) Studi di grounding, moduli doppia faccia, interferenza layer 3/layer 2 Studi di grounding, moduli doppia faccia, interferenza layer 3/layer 2  Burn-in dei rimanenti layer…

Power Supply  Torino: QA Test di produzione (1000 PSM) per tutto il tracciatore utilizzando HW dedicato che simula anche dinamicamente il Tracker.  Ora 2 Test Equipment installati anche sulle linee di produzione  454/1000 schede testate aTorino  Failure rate 20% sulle prime delivery, oggi sceso al 3%  Le schede Bad ritornano a Torino dopo la sostituzione prima di essere consegnate al CERN  Fine della produzione Maggio 2006 Test Equipment per Tracker PS A4601

Test di cablatura TIB/TID  Test di cablatura (CERN luglio 2005): e’ uno studio realistico di un settore attrezzato completamente con servizi, cavi elettrici, fibre ottiche e tubi di raffreddamento  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/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)  La struttura del TIB e’ stata trasportata al CERN all’interno del Cradle di trasporto  Il viaggio Pisa-CERN e’ avvenuto con la procedura finale, utilizzando la box di trasporto (casetta) con sospensioni e monitoraggio delle accelerazioni 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 del Tracker Cylinder  Il cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIB  Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’ installato nel Tracker Cylinder Procedura di inserzione TIB/TID

 Il carrello (Antti Chariot) estende le rotaie del TOB all’esterno del Tracker Cylinder  Il cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIB  Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’ installato nel Tracker Cylinder Procedura di inserzione TIB/TID

 Il carrello (Antti Chariot) estende le rotaie del TOB all’esterno del Tracker Cylinder  Il cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIB  Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’ installato nel Tracker Cylinder Procedura di inserzione TIB/TID

Test di inserzione (luglio 2005)  Tenda allestita all’esterno della clean room  Cradle-out sollevato con carro ponte e posizionato nel carrello  Carrello ‘agganciato’ al Tracker cylinder  Il TIB viene fatto scorrere all’interno del TOB Rotaie cradle-out Rotaie cradle-in

Test di inserzione (luglio 2005)  La procedura di inserzione e’ ben definita e tutti gli step sono stati verificati  I tool a disposizione necessitano solo di piccoli perfezionamenti  Quando il TIB era posizionato all’interno del TOB la sua posizione e’ stata misurata e sono state verificate possibili interferenze tra la flangia frontale del TOB ed il pannello dei servizi (margherita) del TIB TIB inserito nel TOB all’interno del Tracker Cylinder

Conclusioni  La produzione dei moduli e’ oltre il 65% Flusso degli ibridi di front-end regolare, priorita’ all’incollaggio moduli DS Flusso degli ibridi di front-end regolare, priorita’ all’incollaggio moduli DS  Integrazione TIB: 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 TID: 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-in TIB/TID: Layer 3 up utilizzato per debugging del sistema di burn-in Layer 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) avvenutoCommissioning DAQ test finale (4 ring + 4 FED a 96 canali) avvenuto  Test cablatura e test di inserzione nel TOB al CERN: luglio2005