Die ATLAS Pixel Story

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1 Die ATLAS Pixel Story Oswin Ehrmann Fraunhofer Institut Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) Berlin

2 ATLAS Detektor im LHC am CERN PIXEL Detektor, Länge 1.3 m Ziel: Höchste Auflösung

3 ATLAS Detektor im LHC am CERN ATLAS Pixel Detektor: 3 zylindrische Lagen und 6 scheibenförmige Kappen 1456 Module für die Zylinder 288 Module für die Kappen insgesamt 1744 Module 80 Millionen Pixel auf einer Fläche von 1,7 m² PIXEL Detektor, Länge 1.3 m Mikroelektronik Silizium Modul 22 x 64 mm² aufgebaut am Fraunhofer IZM in Berlin

4 ATLAS Pixel Detektor - Funktion Silizium Sensor Chip

5 ATLAS Pixel Detektor - Funktion Flugbahn eines Teilchens Silizium Sensor Chip

6 ATLAS Pixel Detektor - Funktion Flugbahn eines Teilchens Silizium Sensor Chip elektrisches Signal

7 ATLAS Pixel Detektor - Funktion Flugbahn eines Teilchens Silizium Sensor Chip - Verstärkung der Signale - Kommunikation mit Auswertung

8 ATLAS Pixel Detektor - Funktion Flugbahn eines Teilchens Silizium Sensor Chip - ca Kontakte pro cm² - Abstand der Kontakte 50µm Verfahren zur Kontaktierung? Auslese-Chip (Readout Chip)

9

10

11 ATLAS Pixel Detektor - Funktion Flugbahn eines Teilchens Silizium Sensor Chip Lotkugel (Bump Ø 25µm) Auslese-Chip (Readout Chip)

12 ATLAS Pixel Detektor - Aufbau Rückseitenelektrode Sensor Pixel Pixel Sensor Chip 2880 Kontakte / Chip Abstand 50 µm Kontaktpads Kommunikation Datenspeicherung Readout Chip

13 ATLAS Pixel Detektor - Aufbau Sensor Pixel Pixel Sensor Chip Bumps (2880) Kommunikation Datenspeicherung Readout Chip

14 ATLAS Pixel Detektor - Aufbau Pixel Sensor Chip Kommunikation Datenspeicherung Readout Chip

15 ATLAS Pixel Detektor - Modul 16 Readout Chips Bumps,

16 ATLAS Pixel Detektor - Modul 16 Readout Chips Bumps 1 Sensor Chip Größe: 22 x 64 mm²

17 ATLAS Pixel Detektor - Modul

18 ATLAS Si-Sensor Wafer Silizium Wafer 100mm Durchmesser Beide Seiten mit Strukturen (Rückseitenelektrode) Dicke 250 µm (¼ mm) 3 Sensor Module Pixelzellen 50 x 400 µm² 520 Wafer bearbeitet Lötfähige Kontaktpads (Kupfer- Nickel- Gold)

19 ATLAS Readout Chipwafer Silizium Wafer 200mm Durchmesser CMOS 0,25µm Technologie 288 Chips pro Wafer 98 Wafer bearbeitet Löt Bumps, Ø 25µm

20 Reinraum zur Waferbearbeitung

21 Prozeßfolge zum Aufbringen der Bumps auf die Readout Wafer Sputter Etching and Sputtering of the Plating Base / UBM Abscheiden einer dünnen Metallschicht als Basis für die Galvanik Spin Coating and Printing of Photoresist Aufschleudern und Belichten von Fotolack Electroplating of Cu and PbSn Galvanisches ElectroplatingAbscheiden of Cu and Solder des Lotes Resist Stripping and wet Etching of the Plating Base Entfernen des Fotolacks und Ätzen der Metallschicht Reflow Umschmelzen des Lotbumps

22 Bumps auf Readout Chip Chip with 9 column pairs

23

24 Sägen und Vereinzeln der Readout- und Sensor Chips

25 Montage der Readout Chips auf den Sensor Chip

26 Inspektion der Module Inspektion im Röntgenmikroskop Kurzschlüsse Falsche Justage

27 Ausbeute 98% der Module mit <10 Bumpdefekten

28

29 Montage der Module in den Detektor Flex Sensor Chip Readout Chips Montageprofil (Stave) (Kohlenstoff Verbundmaterial) Universität Bonn Kühlung

30 Montage der Module in den Detektor Courtesy of Bonn University and ATLAS Pixel Collaboration

31 ATLAS Pixel Detector at LHC at CERN

32 ATLAS Pixel Detector at LHC at CERN

33

34

35 ATLAS Detector im LHC am CERN Module 22 x 64 mm² PIXEL Detektor Ø 0.9m ATLAS Detektor Ø 25m Inner Detektor Ø 2m

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

37 Oswin Ehrmann Head of Department High Density Interconnect & Wafer Level Packaging Fraunhofer Institut Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) Gustav-Meyer-Allee 25, Berlin Tel.: +49 (0) , Fax: -123 Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikroperipherik, TIB Sekr. 4/2-1 Gustav-Meyer-Allee 25, Berlin Tel.: +49 (0) , Fax:

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