Title: Production procedures of the sensor ladders for the Belle II Silicon Vertex Detector
Other Titles: Produktion der Sensor-Leitern für den Belle II Silizium-Vertexdetektor
Language: English
Authors: Schultschik, Stefan 
Qualification level: Diploma
Advisor: Schwanda, Christoph 
Assisting Advisor: Bergauer, Thomas 
Issue Date: 2015
Number of Pages: 72
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Das Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) ist beauftragt, spezielle Komponenten (sogenannte 'L5 Ladders') für den Silizium Streifen Detektor des Belle II Experimentes in Tsukuba, Japan anzufertigen. Die Aufgabe des Silizium Streifen Detektors ist es, geladene Teilchen mikrometergenau zu detektieren. Die Teilchen entstehen am Ort des Zusammenstoßes (dem sogenannten Interaction Point) beider, in entgegengesetzter Richtung umlaufender Teilchenstrahlen. Die L5 Ladders bestehen aus Silizium Sensoren, Ausleseelektronik und einiger anderer Komponenten, welche für die elektrische und mechanische Funktion notwendig sind. Die angestrebte mechanische Genauigkeit einer fertiggestellten L5 Ladder liegt bei weniger als einhundert Mikrometer. Der Autor entwickelt ein vollständiges Konzept für die Produktion der L5 ladders und fertigt anschließend in einem eigens dafür eingerichteten Reinraum ('Module Reinraum') am HEPHY mehrere Prototypen an. Das Konzept beinhaltet den ausführlichen Arbeitsablauf des Produktionsprozesses, inklusive einiger Messungen zur Überprüfung der Genauigkeit und Funktion der Ladder, zwischen einzelnen Schritten. Als Vorbereitung für die Produktion werden notwendige Geräte und Werkzeuge aufgebaut und programmiert. Messmethoden für mechanische Genauigkeitsmessungen werden entwickelt und angewendet. Die Messwerte werden vom Autor analysiert, visualisiert und anschließend mit den Daten der einzelnen Prototypen verglichen. Jeder Schritt des Produktionsprozesses wird während der Ausführung überwacht um dem Autor die kontinuierliche Verbesserung des Aufbaus und der Prozedur zu ermöglichen. Nach der Fertigstellung eines Prototypen zeigen die Messungen die erreichte mechanische Genauigkeit. Diese Information wird benutzt um weitere Feineinstellungen und Anpassungen vorzunehmen. Eine zunehmende Verbesserung der mechanischen Genauigkeit von Prototyp zu Prototyp kann beobachtet werden. Die zuletzt gefertigte Ladder weist Abweichungen der Sensoren von ihrer Nominalposition von weniger als einhundert Mikrometer auf. Dieser Abweichungen liegen deutlich unter den Toleranzgrenzen und die Prototypenproduktion gilt daher als sehr erfolgreich.

The Institute of High Energy Physics (HEPHY) is in charge of building components (so called -L5 ladders-) for the Silicon Vertex Detector of the Belle II experiment in Tsukuba, Japan. It is the successor to the well established Belle detector. This detector tracks charged particles with a precision of a few micrometers in the vicinity of the interaction point and plays a crucial role in the experiment. The L5 ladders consist of silicon sensors (the active part of the detector), front end readout chips and a few other components, necessary for the electric and mechanic function of the ladder. The target mechanical accuracy of the assembly is in the order of a few tens of micrometers. The author develops a concept for the production of the L5 ladders in HEPHY's module cleanroom. This involves the design of a work flow chart of the production process with continuous quality control and setting up/programming the tools, devices and machines needed for the production. Different prototypes are built with this setup and measurement methods are developed and applied to verify the mechanical accuracy of the production process. The author analyses, visualizes and compares the measurement data of each prototype with each other. During the production of the prototypes, each step is closely reviewed. This allows the author to refine the setup and procedures. After the production, the analysis of the measurement data shows information of the achieved mechanical accuracy. This information is used to discover further possibilities of mechanical improvements. By repeating this process, it can be seen that the mechanical accuracy of a ladder is improved each time. The latest ladder prototype features mechanical offsets of the silicon sensors of less than 100 micrometer. This is a successful result which is within the limits of the maximum sensor tolerances.
Keywords: Belle II; Silizium-Vertexdetektor
Belle II; Silicon Vertex Detector
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-79474
http://hdl.handle.net/20.500.12708/4911
Library ID: AC12631890
Organisation: E141 - Atominstitut 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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