ATLAS HL-LHC LAPP Partie tracker

1. 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, TamerYildizkaya

2. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Cooling line Isolateur Fitting Sleeve PP1 PP0 Stave 2

3. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Contexte 3

4. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Programme de développement coolinglines au LAPP Liaison démontable entre deux tubes Liaison Tube Ti /raccord Isolateur Liaison bout détecteur Transition Céramique/Titane Raccord LAPP Soudure faisceau d’électrons Ti Brasage

5. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Raccord • Liaison tube soudurefaisceaud’électrons • 100% Ta6V • 2011 : R&D • 2012 / S1 : audit du CETIM pour préparer qualification et production • 2012 / S2 + 2013 / S1: qualification + production • Réductiondiamètref10 mm à f8 mm 5

6. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Isolateur • Objectif : isolerélectriquement les tubes “internes” de tubes externes” • 2 solutions : • Liaison indépendante des raccords→brasagecéramique / deux solutions en concurrence • Isolation intégrée aux raccords→pas encore concluant • 2012 : R&D • 2013 : valider les solutions + qualification et production

7. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Intégration - outillages Outillages de serrage des raccords (LPNHE-LAPP)

8. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Intégration - outillages • Outillagedécoupe tubes titane

9. 1 –Programme développement insertion IBL Intégration - outillages • Maquetted’intégration IBL

10. Scénariod’organisation des services Conception d’outillages en CAO pour : organiser les services dans le volume dédié maintenir les services durantl’intégration Maquette de la zone de connexion: Outillage en prototypagerapide Faux harnais Test et validation outils et concepts Suivi fabrication harnaisélectrique interne Conception de l’intégration/installation des services internes IBL

11. Conception des harnais électriques externes IBL Maquette de la zone de connexion • De la sortie du tracker  boitiersélectroniques (PP2) • Scénariod’installation non prévu au départ • Environnement hostile (rad, magn.) • Contraintestrès 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 Harnais prototype

12. Harnais interne pour l’upgrade • Connecteurhybride : • Robuste, fiable, miniature • Regroupe les 3 familles de signaux • Conception faite avec AXON • Tests electriquescomplets • Développement d’un banc de tests automatisé • Nouveau design optimisé à l’étude HV LV DCS 4mm Routage de l’ensemble des couches 35mm

13. Panneau de connexion du tracker (carte MAPP) • Connexion des services internes/externes • Basésur un PCB : • Routagedans le PCB pour éviter les croisements • Regroupement des signaux par famille • Systèmeamovible pour passage détecteur • Barrièreenvironnementale (systèmeétanche) • 2 circuits prototypes produits + jeu de faux harnais Routage de l’ensemble des couches

14. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Organisation du développement 2012-2013 R&D/études • Terminer les actions de R&D • Maîtrise de la spécification des pièces (tolérancement) et du contrôledimensionnelraccords→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 • Etudierl’intégration (maquette) → en cours / novembre2012 • Finirétudeserrage-> en cours / octobre – novembre 2012 • Etudier et valider les solutions “céramiques”→ en cours / juin 2013

15. 1 –Programme développement lignes de refroidissement Organisation du développement 2012-2013 Qualification + Production • 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 lignesde refroidissement • Lignes “type1” (entre échelle et raccords)→ mars 2013 • Lignes “type 2” (entre raccords et tube inox, ycomprisisolateur) → fin 2013 • Lignes de test en surface → mars 2013

16. 2 –Contribution production staves IBL • Cyclagesthermiques des staves IBL • Cycler thermiquement les staves avec CO2 • Mesuresthermiques • Application aux staves IBL, aux raccords et à la R&D pixel • Thèseétude thermo mécaniques staves alpine prévue Station cooling CO2 LAPP

17. 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

18. 4 –Perspectives upgrade • Equipement de toutes les liaisons démontables du détecteur • Permetl’utilisation de tubes très fins • Solution IBL à optimiser • Possibilitésd’utilisationsurd’autresmanips / solution standard CERN

19. Les services du pixel alpin • Pixel alpin : modèle CAO mécaniquecomplet pour la LOI • Scénariod’intégration / installation / maintenance • Routage des services électriques, fluides, optiquesdans volume pixels

20. 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,...

21. Prototypageechelle Alpine 2013 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…)

22. 5 –Demandes 2013 R&D

23. 5 –Demandes 2013 Validation – Qualification - Production Lignes “type1” / Raccords – soudure FE

24. 5 –Demandes 2013 Validation – Qualification - production Ligne PP1 – manifold / Isolateurs

25. 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 harnaisélectriquesexternes IBL : 117550€ Installation des harnais in situ : manpower

26. 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 («  toytracker») : • 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€

27. Micro-électronique en lien avec la 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 Tezzaron130nm «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€