Réunion IN2P3– 10 octobre 20121
ATLAS HL-LHC LAPP
Partie tracker
Groupe LAPP Jacky Ballansat, Patrick Baudin, Pierre-Yves David, Pierre Delebecque, Sabine Elles, Renaud Gaglione, Nicolas
Geffroi, Nicolas Massol, Thibaut Rambure, Jean Tassin, Theodore Todorov, Tamer Yildizkaya
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Cooling line
1 –Programme développement lignes de refroidissement
PP1 PP0 Stave
IsolateurFitting Sleeve
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Contexte
1 –Programme développement lignes de refroidissement
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Brasage
Liaison démontable entre deux tubes
Raccord LAPP Soudure faisceau d’électrons Ti
Liaison Tube Ti /raccord Isolateur
Programme de développement cooling lines au LAPP
1 –Programme développement lignes de refroidissement
Liaison bout détecteur
Transition Céramique/Titane
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Raccord
1 –Programme développement lignes de refroidissement
• 2011 : R&D
• 2012 / S1 : audit du CETIM pour préparer qualification et production
• 2012 / S2 + 2013 / S1: qualification + production
100% Ta6V
Liaison tube soudure faisceau d’électrons
Réduction diamètre f 10 mm à f 8 mm
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1 –Programme développement lignes de refroidissement
Isolateur
• Objectif : isoler électriquement les tubes “internes” de tubes externes”
• 2 solutions :
Liaison indépendante des raccords →brasage céramique / deux solutions en concurrence
Isolation intégrée aux raccords →pas encore concluant
• 2012 : R&D
• 2013 : valider les solutions + qualification et production
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1 –Programme développement lignes de refroidissement
Intégration - outillages
Outillages de serrage des raccords (LPNHE-LAPP)
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1 –Programme développement lignes de refroidissement
Intégration - outillages
Outillage découpe tubes titane
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1 –Programme développement insertion IBL
Intégration - outillages
Maquette d’intégration IBL
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Conception de l’intégration/installation des services internes IBL
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• Scénario d’organisation des services• Conception d’outillages en CAO pour :
– organiser les services dans le volume dédié– maintenir les services durant l’intégration
• Maquette de la zone de connexion:
– Outillage en prototypage rapide– Faux harnais
• Test et validation outils et concepts• Suivi fabrication harnais électrique interne
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Conception des harnais électriques externes IBL
• De la sortie du tracker boitiers électroniques (PP2)
• Scénario d’installation non prévu au départ• Environnement hostile (rad, magn.)• Contraintes très fortes
– Mécaniques : faible rayon de courbure et diam. externe
– Connecteur : compact, grand nombre de voies, facilité de connexion
– Harnais : pas de montage ou de tests in situ, improvisation impossible
• Solution technique retenue par ATLAS• responsabilité LAPP
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Harnais prototype
Maquette de la zone de connexion
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Harnais interne pour l’upgrade
• Connecteur hybride :– Robuste, fiable, miniature– Regroupe les 3 familles de signaux
• Conception faite avec AXON• Tests electriques complets• Développement d’un banc de tests
automatisé• Nouveau design optimisé à l’étude
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Routage de l’ensemble des couches35mm
4mm
HV LV DCS
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Panneau de connexion du tracker (carte MAPP)
• Connexion des services internes/externes• Basé sur un PCB :
– Routage dans le PCB pour éviter les croisements– Regroupement des signaux par famille
• Système amovible pour passage détecteur• Barrière environnementale (système étanche)• 2 circuits prototypes produits + jeu de faux harnais
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Routage de l’ensemble des couches
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1 –Programme développement lignes de refroidissement
Terminer les actions de R&D
• Maîtrise de la spécification des pièces (tolérancement) et du contrôle dimensionnel raccords→ en cours
• Mise à niveau des appareillages de test et qualification → 1ère phase terminée / 2nd phase adaptation pour les qualification et la production
• Analyse de risques → pas formalisée
Etudier l’intégration (maquette) → en cours / novembre 2012
Finir étude serrage -> en cours / octobre – novembre 2012
Etudier et valider les solutions “céramiques” → en cours / juin 2013
Organisation du développement 2012-2013
R&D/études
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1 –Programme développement lignes de refroidissement
Rédaction des procédures de qualification et de production
• Plan de validation du design raccords + qualification process production + contrôle de production / procédures de test → 90 % fini (revue à faire pour lancer la prod)
Production lignes de refroidissement
• Lignes “type1” (entre échelle et raccords)→ mars 2013
• Lignes “type 2” (entre raccords et tube inox, y compris isolateur) → fin 2013
• Lignes de test en surface → mars 2013
Organisation du développement 2012-2013
Qualification + Production
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Station cooling CO2 LAPP
Cyclages thermiques des staves IBL
2 –Contribution production staves IBL
• Cycler thermiquement les staves avec CO2
• Mesures thermiques
Application aux staves IBL, aux raccords et à la R&D pixel
Thèse étude thermo mécaniques staves alpine prévue
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3 –Demandes financement extérieur
AAP université 2011 : non retenue
AAP université 2012 : non retenue
CIBLE 2010 (région Rhône-Alpes): non retenu
CIBLE 2011 : non retenue
Dossier de valorisation CNRS : dossier déposé / brevet en cours de dépot
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Equipement de toutes les liaisons démontables du détecteur
Permet l’utilisation de tubes très fins
Solution IBL à optimiser
Possibilités d’utilisation sur d’autres manips / solution standard CERN
4 –Perspectives upgrade
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Les services du pixel alpin
• Pixel alpin : modèle CAO mécanique complet pour la LOI• Scénario d’intégration / installation / maintenance• Routage des services électriques, fluides, optiques dans volume pixels
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Carte d’interface du pixel alpin (carte VIP)
• Carte d’interface multi-échelles :– Connexions services type0/1– Circuits GBTX– Transceivers– Circuits DCS– ...
• Conception CAO mécanique– Encombrement– Intégration– Routage services
• Recherche de connecteurs, composants,...
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Prototypage echelle Alpine 2013
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Les performances thermiques et mécaniques du concept “échelle Alpine” doivent être démontrées par des mesures sur des prototypes
Programme 2013:• Env. 10 échelles avec variation des
matières et des paramètres d’assemblage (optimisation)
• Banc de test thermique existe (IBL)• Nécessite achat de matière (mousse
carbone, tubes…)
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5 –Demandes 2013
R&D
Item Montant (€)
Consommables-outillages 2000.00
Maquette intégration 1000,00
Prototypes isolateur et contrôles 2000,00
Prototype outillage serrage et intégration 1000,00
Total 6000,00
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5 –Demandes 2013
Validation – Qualification - Production
Item Montant (€)
Audit validation qualification et production 3000.00
Mise à niveau équipements de test pour qualification (et production) 500,00
Consommables-outillages 500,00
Soudage FE échantillons qualification 1850.00
Soudage FE lignes définitives 2090.00
Traitement MOS2 500.00
Marquage 300.00
Tests externes et réalisation outillages dédiés 1500.00
Contrôle géométrique et dimensionnel (comprend les éléments de production) 3000.00
Outillage serrage et installation (LPNHE?) 2000.00
Total 11240
Lignes “type1” / Raccords – soudure FE
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5 –Demandes 2013
Validation – Qualification - production
Item Montant (€)
Céramiques pour qualification et production 3000,00
Embouts titane pour qualification et production 1200,00
Brasage isolateurs pour qualification et contrôles 3000,00
Brasage isolateurs lignes définitives et contrôles 3000,00
Interfaces isolateurs pour tests 1500,00
Marquage 150,00
Total 11850,00
Ligne PP1 – manifold / Isolateurs
IBL 2013
• Validation outillage pour intégration services électriques internes avec de vrais harnais électriques
• Fabrication outillage final : 4k€• Participation à l’intégration : manpower
• Commande proto + série des harnais électriques externes IBL : 117550€• Installation des harnais in situ : manpower
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R&D tracker 2013
• Commande nouveau harnais interne upgrade + connecteurs : 10k€• Test PCB (carte MAPP) + chaine complète :
– Banc de tests– Carte d’interface : 2k€
• Maquette tracker (« toy tracker») :– Montage de la maquette– Etude d’étanchéité avec mano/détendeur : 1k€– Etude panneau amovible
• Pixel alpin (total 19 k€)– étude et proto du flex : 5k€– Mousse carbone 4k€– Tubes 5k€– Assemblage 5k€
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Micro-électronique en lien avecla prochaine génération de pixels (2018)
Activités en 2012 : Étude et proposition d'une architecture innovante : calculer le barycentre des points touchés
directement dans les chips :• Identifier localement les clusters intéressants• Calculer le barycentre de manière analogique
Activités en 2012 reconduites en 2013 : Implication sur le circuit OMEGAPIX (LAL-LPNHE-LAPP) en technologie Tezzaron 130nm «3D»:
• design d'un système de « time over threshold » multibits comme solution alternative au système « hit only » (doctorat de F. Mehrez) ;
• participation aux tests en irradiation d'OMEGAPIX au CERN.
Implication dans le développement de « building blocs » en technologie TSMC 65 nm, dans le cadre l'AIDA. Réalisation de plusieurs comparateurs (différentes optimisations) et implémentation d'un bloc JTAG.
Collaboration avec le CPPM sur le design et l'implémentation du G-ADC du futur circuit FE-I5 en technologie TSMC 65 nm. Intégration du LAPP dans la collaboration.
Demande :Financement de la fabrication d'un prototype d'ASIC contenant des blocs 65 nm : 15 k€
