Progetto Silicon Drift Detector 
I rivelatori a deriva in silicio (Silicon Drift Detectors) costituiscono i 2 strati intermedi dell'Inner Tracking System di ALICE. Le SDD sono state scelte perche' permettono di misurare senza ambiguita' entrambe le coordinate del punto di impatto delle particelle sul rivelatore e allo stesso tempo conoscere l'energia depositata dalla particella nel rivelatore stesso. Queste informazioni vengono utilizate per la ricostruzione delle tracce delle particelle prodotte dagli urti protone-protone e piombo-piombo ad LHC e anche per il riconoscimento delle particelle che non raggiungono i rivelatori piu' esterni.

Schema di un rivelatore a deriva in silicio: le particelle cariche, attraversando il rivelatore, creano delle coppie elettrone-lacuna. Gli elettroni, raccolti al centro del rivelatore, vengono fatti derivare da un apposito campo elettrico verso la zona di raccolta, dove sono presenti degli anodi segmentati collegati all'elettronica di lettura del segnale.
L'informazione sul punto in cui la particella ha attraversato il rivelatore e' data sia dalla posizione spaziale dell'anodo che ha raccolto il segnale (coordinata x nel nostro disegno), sia dal tempo impiegato dalla nuvola di elettroni a raggiungere l'anodo. Questo tempo, moltiplicato per la velocita' di deriva, fornisce la misura della coordinata y.
Per entrambe le coordinate l'esperimento richiede una precisione dell'ordine di poche decine di micron.

Moduli SDD: stazioni di saldatura e test presso il laboratorio tecnologico dell'INFN Torino
Elettronica di front-end: chip-cable e ibridi


chip-cable: circuito elettrico stampato su sottile materiale plastico usato per connettere i 2 microchip di front-end
stazione di allineamento dei microchip e dei rivelatori prima del tab-bonding (saldatura ad ultrasuoni)
 ibrido: 4 coppie di circuiti integrati di front-end vengono saldate su un circuito di collegamento incollato su una piastra di fibra di carbonio detta "heat-bridge"
 		stazione di bonding: macchina automatica per saldature ad ultrasuoni. In tutto sono stati saldati circa 3000 chip cables e 600 ibridi
Dal rivelatore al semi-modulo

supporto meccanico per l'allineamento del rivelatore con gli ibridi e board di test per la verifica del funzionamento del semimodulo dopo la connessione tra rivelatore ed ibridi
 saldatura degli ibridi al rivelatore con la macchina da bond automatica. In tutto sono stati bondati circa 330 semimoduli
Elementi di connessione con i sistemi di alimentazione e controllo esterni: schede di alta e bassa tensione

scheda realizzata su supporto in ceramica che fornisce al rivelatore l'alta tensione (circa 2000 V).

stazione di test per le schede di bassa tensione. Le schede venivano testate piu' volte, in seguito a ciascuna fase di produzione, e anche dopo essere state saldate ai cavi di connessione con il semi-modulo
Il modulo SDD

schema di principio del modulo SDD: in verde il rivelatore a deriva in silicio, elemento sensibile del modulo SDD, in rosso i circuiti integrati collegati all'esterno con appositi cavi.
In giallo chiaro ed azzurro le schede di interconnessione con i sistemi di alimentazione, controllo ed acquisizione dati. La lunghezza di questi cavi varia a seconda della posizione del modulo sul ladder

modulo SDD completo: sono visibili la coppia di ibridi di front end, i cavi e le schede di alta e bassa tensione. Il modulo e' posizionato in scatole progettate in modo da poter essere utilizzate per tutti i moduli SDD. Le scatole vengono usate anche nella fase di test di funzionamento, come visibile in foto.

La stuttura meccanica di supporto


LADDER: "traliccio" in fibra di carbonio atto a sostenere 6 moduli SDD: sono visibili i tubi per il passaggio del liquido di raffreddamento e i supporti per l'aggancio delle piastre di raffreddamento dell'elettronica di front-end

 supporto di cilindri e coni in fibra di carbonio utilizzato per sorreggere i 14 ladder dello strato interno (layer 3) e i 22 ladder dello strato esterno (layer 4)
Costruzione dei ladder SDD


Fase 1: trasporto dei moduli SDD. Per posizionare i moduli sui supporti per l'allineamento un apposito sitema e' stato progettato e realizzato dal laboratorio tecnologico dell'INFN Torino.
Fase 2: allineamento dei moduli SDD con macchina per misure di precisione.
L'allineamento  dei rivelatori e' realizzato con precisione di 10- 20 micrometri .
Il lavoro di posizionamento ed allineamento occupava un team di 3 esperti per circa 12-18 ore
 Fase 3: posizionamento del ladder in fibra di carbonio sui 6 moduli allineati. Una sfera di rubino costituisce il riferimento per l'allineamento sia sui ladder che sul supporto a coni.
 Fase 4: aggancio delle piastrine dissipatrici di calore (heat bridge) sugli appositi supporti incollati ai tubi del sistema di raffreddamento. L'operazione, molto critica per la fragilita' delle connessioni tra rivelatore ed elettronica, e' resa possibile da un sistema meccanico costituito da supporti di precisione e pompe a vuoto.
Acquisizione dei dati: schede CARLOS e CarlosRX


schede denominate CARLOS che si occupano della compressione on-line dei dati e della trasmissione su fibra ottica verso la counting room scheda VME 9Ux400mm denominata CARLOSrx che si occupa di elaborare i dati provenienti da 12 rivelatori SDD e di inviarli verso il sistema di acquisizione standard di ALICE
Il rivelatore completo

Layer 3: Strato interno dei 2 che costituiscono il sistema SDD: e' composto da 14 ladder su ciascuno dei quali  sono montati 6 moduli SDD. Sono visibili i cavi elettrici (bianchi) per le alimentazioni , le fibre ottiche (verdi) per la trasmissione dei dati al sistema di acquisizione, i tubi (gialli) per il raffreddamento degli ibridi di front-end
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Elenco Ditte che hanno collaborato al progetto

  1. Elco, Carsoli (AQ), Bosisio, info@elco-group.com , produzione di PCB multilayer delle LowVoltage board;
  2. Neohm, VIA TORINO 217, 10040 Leini' (TO), Benettin, info@neohmcomponenti.com , produzione degli ibridi in ceramica delle HighVoltage board;
  3. Rem, VIA VENEZIA 34/H, 10088 Volpiano (TO), Ricco, rem_ricco@tin.it , produzione dei sistemi di collegamento del rivelatore con l'esterno;
  4. Seisystem, LOC. PONTEDONICO, 54028 Villafranca (MS), Verrieri, info@seisystem.com , assemblaggio dei componenti per tutte le LowVoltage board.
  5. Nuova Olpa, Strada Basse del Lingotto N.31, 10127 Torino, info@nuovaolpa.it, Dario Rossi, produzione componenti per jig di allineamento, test e altro
  6. D&M , VIA MOLINO ISOLA 22, 10036, Settimo Torinese (TO), Munarin, componenti per jig e patch panel
  7. Nuova Chima, Viale Risorgimento 24, 10092, Beinasco (TO), anodizzazione di tutti i particolari in alluminio
  8. MP, Via Ferrero 4 10090, Cascine Vica, Rivoli (TO), Garassino, scatole in plexiglass per il contenimento e trasporto dei moduli
  9. Festa DI FESTA ALBERTO & C, VIA XX SETTEMBRE 44, 10093 Collegno (TO), Festa, cilindro in fibra di carbonio per il supporto meccanico delle SDD
  10. ELIGIO RE FRASCHINI  S.P.A.,  VIA XX SETTEMBRE N.85, 20025, Legnano (MI), coni in fibra di carbonio per il supporto meccanico di SDD e SSD
  11. Link Engineering, via Della Corte 8, 40012, Lippo di Calderara di Reno(BO) (http://www.linkeng.it/) Roberto Baldazzi, produzione schede Carlos e CarlosRX

 

 
Last update June 13, 2008