AGGIORNAMENTO SULLO STATO DI CMS
Tracciatore
Magnete (Pasquale)
Ecal (Marcella)
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Costruzione moduli TIB-TOB-TEC
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Produzione dei moduli TIB
Hamamatsu thin sensors
75% done
Hybrid Delivery
not critical
24/d
Hybrid Assembly
critical
16/d
Moduli costruiti: 726 (20.2%), moduli buoni 699 (resa 96%). Raggiunto il rate di
produzione giornaliero previsto di 16 moduli/giorno. Centri Gantry: Bari e Perugia.
Centri di test e saldatura: Bari, Catania, Firenze, Padova, Pisa, Torino.
Necessario/possibile passare a 24 moduli al giorno per finire alla data prevista.
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Passare da 16 a 24 moduli al giorno
E’ possibile per i centri di bonding e testing.
Il collo di bottiglia risultano essere i centri gantry. Sono stati gia’
costruiti i piatti in piu’ necessari. Ogni piatto contiene 4 moduli. Si
passerebbe dai 2 piatti al giorno per centro gantry a 3 piatti al
giorno per centro. La cosa e’ stata dimostrata sia a Perugia che a
Bari ma, come sempre, si e’ sottovalutata la quantita’ di lavoro
accessorio che cresce con il numero di moduli prodotti (ispezione
ottica degli ibridi, documentazione, inserimento dati nel database,
calibrazioni e diagnostica di controllo piu’ frequente ecc).
Per mantenere il ritmo di 24 moduli al giorno c’e’ necessita’ di un
aiuto straordinario (FAI) per 6 mesi in ciascun centro gantry.
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Stato ibridi
Riscontrato un difetto
importante in una frazione
non trascurabile di ibridi.
Un “via” che porta 1.25V
ai chip e’ difettoso
(contatto debole).
Effetto: i chip funzionano
ma compare una deriva
sui piedistalli (rischi a
lungo termine ?)
La Cicorell ha investigato e corretto il problema: combinazione di una
metallizzazione sotto specifica in alcuni particolari batch di produzione e
specifiche “al limite” per la foratura laser del via. Cambiate le specifiche
di foratura per le nuove produzioni in maniera da rendere il contatto
indipendente dalle fluttuazioni di spessore della metallizzazione.
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Stato ibridi
Messo a punto un test di diagnostica rapida (controllo di stabilita’ del
piedistallo sotto forte illuminazione). E sono stati testati tutti gli ibridi
attualmente in pipeline (5135). La frazione di ibridi a rischio e’
variabile da batch a batch e da disegno a disegno (erratiche
fluttuazioni della metallizzazione).
TIB
6/1285 (0.47%)
TEC 7/1748 (0.40%)
TOB 80/ 2102 (3.8%)
Un grosso batch del TOB (1400 ibridi) e’ a rischio e verra’
probabilmente rigettato. La frazione di ibridi TEC e TIB a rischio e’
considerata accettabile. TIB e TEC continuano la produzione dei
moduli. TOB e’ in stand-by. Test accurati sugli ibridi “buoni” dei batch
difettosi (stress termici ripetuti etc.).
Per sicurezza si stanno ritestando anche tutti gli ibridi TIB montati in
moduli (700). Ritestati ad oggi circa 300 moduli TIB: zero difetti di via.
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Meccanica TIB : 4 cilindri (x2)
TIB : L1, L2, L3, L4 (F/B). Tutti pronti.
Survey effettuato su tutti.
Dimensioni entro specifiche.
Parte strutturale TIB completata in tempo.
Layer 4&1 Backward
Layer 4&3 Forward
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Attrezzature per l’inserzione nel TOB
Si sta preparando il trial assembly: inserzione del TIB completo nel
TOB (giugno) e l’esercizio di cablatura completa di un settore sul
mock-up generale del tracciatore (luglio).
“cradles”
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Attrezzatura per il trasporto
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Integrazione
Montare moduli, mother cables, ibridi ottici analogici e DOM su 22
strutture meccaniche (16 semi-gusci e 6 dischi) servite
dal sistema di raffreddamento e con gli elementi di precisione integrati.
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Ingredienti per l’integrazione
Moduli (Catania, Bari, Firenze,
Padova, Perugia, Pisa, Torino)
AOH (Perugia)
DOM (Firenze)
CCUM (CERN)
Mother cables ed “interconnect boards” (Bari)
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Integrazione meccanica
Prototipo Layer#3 pronto per fase di integrazione dei moduli.
Planarita’ dei ledge ~54mm. Popolato di moduli Maggio-Giugno
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Attrezzature per l’integrazione
Semi-guscio
Estensione per sorreggere
provvisoriamente cavi e servizi
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Attrezzatura per il montaggio dei
moduli
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Capita l’origine del CMN
Studi fatti su un modulo TEC, ci hanno portato a capire l’origine del CMN
che si presenta in una frazione dei moduli TOB prodotti con sensori ST.
Il fenomeno e’ stato confermato e verificato dai nostri colleghi USA.
Costruito ad UCSB. Ricevuto a Pisa il 14 Marzo. Le indagini sono
iniziate il 22 Marzo ed il risultato presentato a CMS il 15 Aprile.
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Diagnostica preliminare: test iniziali
I @ 450 Volt = 13,3 mA (1-2mA expected from QTC)
Noise of strip #96 @ 400V = 60 ADC counts ! Ch 96 noisy already
@ 30V; CMN switched on @80V ! Strip #360: normal leaky strip (no
CMN). The results reproduce perfectly the data obtained at UCSB.
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Spiegazioni proposte
•intrinsic micro-discharge due to STM implant technology
• effect of the leaky strips
• in-appropriate handling
• mechanical deformations (vacuum effect)
• sensitivity to humidity
• abnormal time structure of the leakage current
• degradation of the leakage current with time?
Most/all explanations were concentrated on some intrinsic weakness of
the STM sensors BUT NO CONCLUSIVE EVIDENCE HAS BEEN
FOUND SO FAR.
Dopo avere dimostrato (febbraio) che la degradazione della corrente di
leakage nel tempo compariva essenzialmente soltanto in sensori
danneggiati meccanicamente, abbiamo concentrato la nostra
attenzione sull’interazione sensore-elettronica.
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Ipotesi e set-up di misura
+0.75V
La tensione positiva all’ ingresso dell’
R APV puo’ indurre un breakdown precoce
in una frazione di strisce compatibile con
la frequenza del CMN (10-4)
Usando una resistenza variabile esterna per connettere a massa il biasring dei sensori e’ possibile utilizzare la corrente totale per aumentare il
potenziale del bias/ring e quindi dell’ impianto. Sono state usate
resistenze da100kW a 7MW.
Il CMN dovrebbe sparire quando viene restaurata la corretta differenza
di potenziale fra striscia metallica ed impianto.
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CMN vs Vbias@ R= 0MW
Strip noisy @ 30V and CMN switched on @ 80V
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CMN vs Vbias@ R= 5MW
Strip noisy @ 350V and NO CMN UP to 500V
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IV vs R
The most impressive evidence is the strong dependence of the total
sensor current from the small potential applied between implant and
metal. A factor 7 reduction in the leakage current which is now
compatible with QTC data.
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Why a so small potential difference can
affect the sensors ?
•Because it affects the field distribution at the
edge of the implants.
•The metal over-hang at a positive potential
with respect to the implants favors the
breakdown.
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Metal over-hang
Metal lines 4-8mm wider than the corresponding implant strips (metal over-hang)
are adopted to increase the breakdown performance. We expect higher fields at
large pitch & small w/p. Over-metal moves the high field region from Si to SiO2
Vbrk(Si) = 30 V/mm
Vbrk(SiO2) = 600 V/mm
BUT THE METAL SHOULD BE AT THE SAME OR LOWER POTENTIAL WITH
RESPECT TO THE IMPLANT OTHERWISE IT COULD BE DANGEROUS
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Metal over-hang at positive V
The high density of field lines at the
I
implant edges yields to breakdown. The 10mA
strip leakage current increases of orders of
magnitude. A current of a few mA flowing
10nA
through the poly resistor (1.5MW)
increases the strip potential to values
higher than the metal strip. We jump to the
following case.
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V
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Metal over-hang at negative V
The density of field lines decreases and
I
10mA
the strip exits from breakdown.
10 nA flowing through the poly resistor
(1.5MW) are not able to maintain the
implant potential positive with respect to to 10nA
the metal.
We step back to the previous situation.
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V
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Huge CMN: intermittent breakdown
The previously described mechanism can explain why this
“leaky strip” is so different.
A “normal” breakdown (10mA through a single strip) is not
sufficient to account for these effects (60 ADC rms noise and
CMN on the chip).
It is not a normal breakdown it is an intermittent phenomenon.
To study the time evolution of the process we analyzed the data
taken on the module in different conditions..
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Data taking in multiframe-mode
Huge variations (oscillations) in the noise behavior.
Silent periods followed by explosions.
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Simulation
To understand better the mechanism in our devices, we have asked
STM to perform a detailed simulation for OB2 devices (need of using
the appropriate doping profiles).
The exercise was done for two different oxide charge density (roughly
corresponding to Flat Band Voltage of 1V-recent productions- and 5Vold sensors-). Details in Lino’s presentation.
Back bias
voltage
Qoxide
AC pad potential
Case
1.0·1010
charge/cm2
Ground
A
B
C
D
+ 500 V
1.5·1011
charge/cm2
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+ 10 Volts
Ground
+ 10 Volts
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Electric field (detailed view)
Qox=1.5·1011 charge/cm2
Case D
Case C
Aluminum
Oxide
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Electric field across the implant
E di breakdown
Case D
Case C
Case B
Case A
The combined effect of oxide charge
density and positive voltage on the
metal may account for more than a
factor 2 increase of the peak. A few
percent increase may account for a
small probability effect.
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Conferma del fenomeno USA
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Conferma del fenomeno USA
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Conferma del fenomeno USA
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Perche’ non si vede nulla nel test dei sensori?
Perche’ I sensori sono testati contattando gli impianti e lasciando il
metallo AC floating (stesso potenziale dell’impianto o leggermente
inferiore).
PROPOSTA DI SELEZIONE DEI SENSORI POTENZIALMENTE
RISCHIO DI MOSTRARE QUESTO EFFETTO UNA VOLTA CHE
SIANO ACCOPPIATI ALL’ELETTRONICA.
Testare gli impianti con le strisce del metallo AC polarizzate ad un
potenziale positivo di +5V.
La proposta e’ stata adottata ufficialmente dai QTC di CMS dopo che
dagli USA e’ venuta la conferma delle nostre ipotesi.
STM si e’ dichiarata disponibile ad implementare la stessa procedura
nel loro protocollo di test standard ed a consegnarci, dopo la preserie, solo sensori che passano la selezione (la frazione “debole” e’
considerata marginale in termini numerici: 2-3%)
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Stato del contratto ST
Consegnata la nuova pre-serie di 1000 sensori.
E’ attualmente sottoposta a qualifica (98% yield)
E’ stato adottato lo screening proposto:+5V.
Verranno costruiti in USA 200 moduli con 400 sensori.
Si richiede che il CMN sia presente in una frazione di
moduli inferiore al 2%.
Se OK il contratto continua (a meno di politica) altrimenti
la produzione dei 12.000 sensori spessi previsti in STM
passa ad HPK. Decisione il 23 luglio.
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