P Morettini Aggiornamenti sulle attivit ITk P Morettini

P. Morettini Aggiornamenti sulle attività ITk P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 1

Outline Gli argomenti di oggi: Descoping and costing exercise Evoluzione del layout dell’ Itk Prossimi passi Pianificazione dell'attività P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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 h (cioè oltre h=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). P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 3

Profilo di spesa (Full ITk, h=2. 7) P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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 mm è lo standard, ma si potrebbe risparmiare sui layers esterni usando 200 mm. Il bump bonding rappresenta comunque una frazione importante del costo: Sensor: 25 -40 €/cm 2 FE chip: 14 €/cm 2 Bump Bonding: 40 -45 €/cm 2 P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 6

5 Layer Pixel: cost estimate As a starting point, we tried to compute the cost of a detector like this: Barrel Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Layer 6 4 cm 8 cm 14 cm 20 cm 34 cm 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 h=2. 6, to be compared with the IDR detector. Same assumptions as for the IDR detector in terms of yields, preproduction, scale factors. Only for the modules, used the cheapest planar sensors, i. e. n-in-p 250 mm thick. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 7

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 h=2. 7. 9630 moduli, 14. 4 m 2. Sono stati usati i sensori “spessi”. Assumendo che l’estensione a grande h richieda ulteriori 4 m 2, avremmo 12300 moduli da fabbricare. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 8

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

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, LVL 1 tracking. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 10

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

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

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

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, LVL 1 tracking. Revisione del piano di produzione. Si deve dimostrare che la produzione di ~18 m 2 di Pixels in tecnologia ibrida è possibile. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 15

Produzione Il bump-bonding appare il problema più serio. I vendors qualificati non sono molti, e di solito hanno volumi di produzione limitati. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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 bumpbonding. 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 HLLHC, potrebbero rappresentare una sostanziale riduzione di costo ed una notevole semplificazione nella costruzione. Una strategia che n 0 n dobbiamo sottovalutare consiste nel ridurre la superficie di silicio studiando in modo accurato il layout (-> simulazioni, tracking performance). P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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, LVL 1 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 Mo. U, ma la discussione informale deve iniziare ora. P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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). P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 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 3 D (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 P. Morettini - ATLAS talia 15/5/2015 20