Imagen de Portada

Thermal Cycling Reliability of Hybrid Pixel Sensor Modules for The ATLAS High Granularity Timing Detector

Fuente: arXiv

Guardado en:

Detalles Bibliográficos
Autores principales:	Li, Y., Aboulhorma, A., Tamlihat, M. Ait, Alfanda, H. M., Atanov, N., Atanova, O., Azzouzi, I., Da Costa, J. Barreiro Guimarães, Beau, T., Benchekroun, D., Bendebba, F., Bimgdi, Y., Blot, A., Boikov, A., Bonis, J., Boumediene, D., Brito, C., Brogna, A. S., Burger, A. M., Cadamuro, L., Cai, Y., Cartalade, N., Mohr, R. Casanova, Che, Y., Chen, X., Moursli, R. Cherkaoui El, Chow, E. Y. S., Corpe, L. D., Crozatier, C. G., D'Eramo, L., Dahbi, S., Dannheim, D., Daubard, G., Davydov, Y. I., de La Taille, C., Debevc, J., Degerli, Y., Delagnes, E., Deliot, F., Dhellot, M., Di Gregorio, G., Dinaucourt, P., De Assis, P. J. Dos Santos, Duan, C., Duarte, O., Dulucq, F., Ehrecke, J., Ghazali, Y. El, Moussaouy, A. El, Estevam, R., Falou, A., Fan, L., Fan, Z., Fan, Y., Farman, K., Fassi, F., Feng, Y., Ferreira, M., Filthaut, F., Fischer, F., Fu, J., Fusté, P., De Andrade, G. Gaspar, Ge, Z., Gonçalo, R., Gouighri, M., Grinstein, S., Gritsay, K., Guilloux, F., Guindon, S., Haddad, A., Hammoud, S. E. D., Han, L., Correia, A. M. Henriques, Hidaoui, M., Hiti, B., Hofner, J., Hou, S., Hsu, P. J., Hu, K., Huang, Y., Huang, X., Insa, C., Jeglot, J., Jia, X., Kramberger, G., Kuriyama, M., Ky, B. Y., Lacour, D., Lafarge, A., Lakssir, B., Lantheaume, A., Laporte, D., Leopold, A., Li, M., Li, S., Li, L., Li, H., Li, Z., Liang, Z., Liang, S., Leite, M. A. Lisboa, Liu, B., Liu, Y. L., Liu, K., Liu, Y. W., Lu, M., Lu, Y. J., Alves, F. L. Lucio, Lyu, F., Ma, X., Ma, K., Macina, D., Madar, R., Makovec, N., Malyukov, S., Mandić, I., Manoussos, T., Manzoni, S., Martin-Chassard, G., Martins, F., Masetti, L., Mazini, R., Mazzeo, E., Menegasso, R., Meyer, J. -P., Miao, Y., Migayron, A., Mihovilovic, M., Milovanovic, M., Missio, M., Moskalenko, V., Mouadili, N., Moussa, A., Nikolic-Audit, I., Ohm, C. C., Okawa, H., Okkerman, S., Ouchrif, M., Pénélaud, C., Parreira, A., Dias, B. Pascual, Bel, J. Pinol, Puhl, P. -O., Puklavec, M., Qi, M., Qin, J., Ren, H., Riani, H., Ridaouni, S., Rogozin, V., Royer, L., Rudnyckyj, F., Saad, E. F., Saito, G. T., Salem, A., Santos, H., Schwemling, Ph., Seguin-Moreau, N., Serin, L., Fernandez, R. P. Serrano, Sha, Q., Shaikovskii, A., Shan, L., Shen, R., Shi, X., Skomina, P., Smitmanns, H., Snoek, H. L., Soulier, A. P., Stein, A., Stenzel, H., Strandberg, J., Sun, W., Sun, X., Sun, Y., Tan, Y., Tariq, K., Tayalati, Y., Terzo, S., Coello, A. Torrento, Trincaz-Duvoid, S., Voorde, U. M. Vande, Velkovska, I., Vieira, R. P., Lopes, L. A. Vieira, Visibile, A., Wan, J., Wang, W., Wang, C., Wang, Y., Wang, A., Wang, T., Wang, S. M., Weitzel, Q., Wu, J., Wu, W., Wu, Y., Wu, M., Xia, L., Xu, H., Xu, D., Xu, L., Yan, Z., Yang, X., Yang, H., Ye, J., Youbi, I., Yuan, J., Zahir, I., Zeng, H., Zhang, T., Zhang, J., Zhang, Z., Zhang, L., Zhang, D., Zhao, M., Zhao, Z., Zheng, X., Zhou, Z., Zhu, Y., Zhuang, X.
Formato:	Preprint
Publicado:	2025
Materias:	Instrumentation and Detectors High Energy Physics - Experiment
Acceso en línea:	Acceder al recurso
Etiquetas:	Agregar Etiqueta Sin Etiquetas, Sea el primero en etiquetar este registro!

_version_	1866909793101283328
author	Li, Y. Aboulhorma, A. Tamlihat, M. Ait Alfanda, H. M. Atanov, N. Atanova, O. Azzouzi, I. Da Costa, J. Barreiro Guimarães Beau, T. Benchekroun, D. Bendebba, F. Bimgdi, Y. Blot, A. Boikov, A. Bonis, J. Boumediene, D. Brito, C. Brogna, A. S. Burger, A. M. Cadamuro, L. Cai, Y. Cartalade, N. Mohr, R. Casanova Che, Y. Chen, X. Moursli, R. Cherkaoui El Chow, E. Y. S. Corpe, L. D. Crozatier, C. G. D'Eramo, L. Dahbi, S. Dannheim, D. Daubard, G. Davydov, Y. I. de La Taille, C. Debevc, J. Degerli, Y. Delagnes, E. Deliot, F. Dhellot, M. Di Gregorio, G. Dinaucourt, P. De Assis, P. J. Dos Santos Duan, C. Duarte, O. Dulucq, F. Ehrecke, J. Ghazali, Y. El Moussaouy, A. El Estevam, R. Falou, A. Fan, L. Fan, Z. Fan, Y. Farman, K. Fassi, F. Feng, Y. Ferreira, M. Filthaut, F. Fischer, F. Fu, J. Fusté, P. De Andrade, G. Gaspar Ge, Z. Gonçalo, R. Gouighri, M. Grinstein, S. Gritsay, K. Guilloux, F. Guindon, S. Haddad, A. Hammoud, S. E. D. Han, L. Correia, A. M. Henriques Hidaoui, M. Hiti, B. Hofner, J. Hou, S. Hsu, P. J. Hu, K. Huang, Y. Huang, X. Insa, C. Jeglot, J. Jia, X. Kramberger, G. Kuriyama, M. Ky, B. Y. Lacour, D. Lafarge, A. Lakssir, B. Lantheaume, A. Laporte, D. Leopold, A. Li, M. Li, S. Li, L. Li, S. Li, H. Li, Z. Liang, Z. Liang, S. Leite, M. A. Lisboa Liu, B. Liu, Y. L. Liu, K. Liu, K. Liu, Y. W. Lu, M. Lu, Y. J. Alves, F. L. Lucio Lyu, F. Ma, X. Ma, K. Macina, D. Madar, R. Makovec, N. Malyukov, S. Mandić, I. Manoussos, T. Manzoni, S. Martin-Chassard, G. Martins, F. Masetti, L. Mazini, R. Mazzeo, E. Menegasso, R. Meyer, J. -P. Miao, Y. Migayron, A. Mihovilovic, M. Milovanovic, M. Missio, M. Moskalenko, V. Mouadili, N. Moussa, A. Nikolic-Audit, I. Ohm, C. C. Okawa, H. Okkerman, S. Ouchrif, M. Pénélaud, C. Parreira, A. Dias, B. Pascual Bel, J. Pinol Puhl, P. -O. Puklavec, M. Qi, M. Qin, J. Ren, H. Riani, H. Ridaouni, S. Rogozin, V. Royer, L. Rudnyckyj, F. Saad, E. F. Saito, G. T. Salem, A. Santos, H. Schwemling, Ph. Seguin-Moreau, N. Serin, L. Fernandez, R. P. Serrano Sha, Q. Shaikovskii, A. Shan, L. Shen, R. Shi, X. Skomina, P. Smitmanns, H. Snoek, H. L. Soulier, A. P. Stein, A. Stenzel, H. Strandberg, J. Sun, W. Sun, X. Sun, Y. Tan, Y. Tariq, K. Tayalati, Y. Terzo, S. Coello, A. Torrento Trincaz-Duvoid, S. Voorde, U. M. Vande Velkovska, I. Vieira, R. P. Lopes, L. A. Vieira Visibile, A. Wan, J. Wang, W. Wang, C. Wang, Y. Wang, Y. Wang, A. Wang, T. Wang, T. Wang, S. M. Weitzel, Q. Wu, J. Wu, W. Wu, Y. Wu, M. Xia, L. Xu, H. Xu, D. Xu, L. Yan, Z. Yang, X. Yang, X. Yang, H. Yang, H. Ye, J. Youbi, I. Yuan, J. Zahir, I. Zeng, H. Zhang, T. Zhang, J. Zhang, Z. Zhang, L. Zhang, D. Zhao, M. Zhao, Z. Zheng, X. Zhou, Z. Zhu, Y. Zhuang, X.
author_facet	Li, Y. Aboulhorma, A. Tamlihat, M. Ait Alfanda, H. M. Atanov, N. Atanova, O. Azzouzi, I. Da Costa, J. Barreiro Guimarães Beau, T. Benchekroun, D. Bendebba, F. Bimgdi, Y. Blot, A. Boikov, A. Bonis, J. Boumediene, D. Brito, C. Brogna, A. S. Burger, A. M. Cadamuro, L. Cai, Y. Cartalade, N. Mohr, R. Casanova Che, Y. Chen, X. Moursli, R. Cherkaoui El Chow, E. Y. S. Corpe, L. D. Crozatier, C. G. D'Eramo, L. Dahbi, S. Dannheim, D. Daubard, G. Davydov, Y. I. de La Taille, C. Debevc, J. Degerli, Y. Delagnes, E. Deliot, F. Dhellot, M. Di Gregorio, G. Dinaucourt, P. De Assis, P. J. Dos Santos Duan, C. Duarte, O. Dulucq, F. Ehrecke, J. Ghazali, Y. El Moussaouy, A. El Estevam, R. Falou, A. Fan, L. Fan, Z. Fan, Y. Farman, K. Fassi, F. Feng, Y. Ferreira, M. Filthaut, F. Fischer, F. Fu, J. Fusté, P. De Andrade, G. Gaspar Ge, Z. Gonçalo, R. Gouighri, M. Grinstein, S. Gritsay, K. Guilloux, F. Guindon, S. Haddad, A. Hammoud, S. E. D. Han, L. Correia, A. M. Henriques Hidaoui, M. Hiti, B. Hofner, J. Hou, S. Hsu, P. J. Hu, K. Huang, Y. Huang, X. Insa, C. Jeglot, J. Jia, X. Kramberger, G. Kuriyama, M. Ky, B. Y. Lacour, D. Lafarge, A. Lakssir, B. Lantheaume, A. Laporte, D. Leopold, A. Li, M. Li, S. Li, L. Li, S. Li, H. Li, Z. Liang, Z. Liang, S. Leite, M. A. Lisboa Liu, B. Liu, Y. L. Liu, K. Liu, K. Liu, Y. W. Lu, M. Lu, Y. J. Alves, F. L. Lucio Lyu, F. Ma, X. Ma, K. Macina, D. Madar, R. Makovec, N. Malyukov, S. Mandić, I. Manoussos, T. Manzoni, S. Martin-Chassard, G. Martins, F. Masetti, L. Mazini, R. Mazzeo, E. Menegasso, R. Meyer, J. -P. Miao, Y. Migayron, A. Mihovilovic, M. Milovanovic, M. Missio, M. Moskalenko, V. Mouadili, N. Moussa, A. Nikolic-Audit, I. Ohm, C. C. Okawa, H. Okkerman, S. Ouchrif, M. Pénélaud, C. Parreira, A. Dias, B. Pascual Bel, J. Pinol Puhl, P. -O. Puklavec, M. Qi, M. Qin, J. Ren, H. Riani, H. Ridaouni, S. Rogozin, V. Royer, L. Rudnyckyj, F. Saad, E. F. Saito, G. T. Salem, A. Santos, H. Schwemling, Ph. Seguin-Moreau, N. Serin, L. Fernandez, R. P. Serrano Sha, Q. Shaikovskii, A. Shan, L. Shen, R. Shi, X. Skomina, P. Smitmanns, H. Snoek, H. L. Soulier, A. P. Stein, A. Stenzel, H. Strandberg, J. Sun, W. Sun, X. Sun, Y. Tan, Y. Tariq, K. Tayalati, Y. Terzo, S. Coello, A. Torrento Trincaz-Duvoid, S. Voorde, U. M. Vande Velkovska, I. Vieira, R. P. Lopes, L. A. Vieira Visibile, A. Wan, J. Wang, W. Wang, C. Wang, Y. Wang, Y. Wang, A. Wang, T. Wang, T. Wang, S. M. Weitzel, Q. Wu, J. Wu, W. Wu, Y. Wu, M. Xia, L. Xu, H. Xu, D. Xu, L. Yan, Z. Yang, X. Yang, X. Yang, H. Yang, H. Ye, J. Youbi, I. Yuan, J. Zahir, I. Zeng, H. Zhang, T. Zhang, J. Zhang, Z. Zhang, L. Zhang, D. Zhao, M. Zhao, Z. Zheng, X. Zhou, Z. Zhu, Y. Zhuang, X.
contents	The reliability of bump connection structures has become a critical aspect of future silicon detectors for particle physics. The High Granularity Timing Detector (HGTD) for the ATLAS experiment at the High-Luminosity Large Hadron Collider will require 8032 hybrid pixel sensor modules, composed of two Low Gain Avalanche Diode sensors bump-bonded to two readout ASICs and glued to a passive PCB. The detector will operate at low temperature (-30 degrees Celsius) to mitigate the impact of irradiation. The thermomechanical reliability of flip-chip bump connections in HGTD modules is a critical concern, particularly due to their characteristically lower bump density (pixel pitch dimensions of 1.3 mm by 1.3 mm). This paper elaborates on the challenges arising from this design characteristic. Finite element analysis and experimental testing were employed to investigate failure modes in the flip-chip bump structures under thermal cycling from -45 degrees Celsius to 40 degrees Celsius and to guide the module redesign. The optimized design demonstrates significantly enhanced robustness and is projected to fulfill the full lifetime requirements of the HGTD.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2509_14045
institution	arXiv
publishDate	2025
record_format	arxiv
spellingShingle	Thermal Cycling Reliability of Hybrid Pixel Sensor Modules for The ATLAS High Granularity Timing Detector Li, Y. Aboulhorma, A. Tamlihat, M. Ait Alfanda, H. M. Atanov, N. Atanova, O. Azzouzi, I. Da Costa, J. Barreiro Guimarães Beau, T. Benchekroun, D. Bendebba, F. Bimgdi, Y. Blot, A. Boikov, A. Bonis, J. Boumediene, D. Brito, C. Brogna, A. S. Burger, A. M. Cadamuro, L. Cai, Y. Cartalade, N. Mohr, R. Casanova Che, Y. Chen, X. Moursli, R. Cherkaoui El Chow, E. Y. S. Corpe, L. D. Crozatier, C. G. D'Eramo, L. Dahbi, S. Dannheim, D. Daubard, G. Davydov, Y. I. de La Taille, C. Debevc, J. Degerli, Y. Delagnes, E. Deliot, F. Dhellot, M. Di Gregorio, G. Dinaucourt, P. De Assis, P. J. Dos Santos Duan, C. Duarte, O. Dulucq, F. Ehrecke, J. Ghazali, Y. El Moussaouy, A. El Estevam, R. Falou, A. Fan, L. Fan, Z. Fan, Y. Farman, K. Fassi, F. Feng, Y. Ferreira, M. Filthaut, F. Fischer, F. Fu, J. Fusté, P. De Andrade, G. Gaspar Ge, Z. Gonçalo, R. Gouighri, M. Grinstein, S. Gritsay, K. Guilloux, F. Guindon, S. Haddad, A. Hammoud, S. E. D. Han, L. Correia, A. M. Henriques Hidaoui, M. Hiti, B. Hofner, J. Hou, S. Hsu, P. J. Hu, K. Huang, Y. Huang, X. Insa, C. Jeglot, J. Jia, X. Kramberger, G. Kuriyama, M. Ky, B. Y. Lacour, D. Lafarge, A. Lakssir, B. Lantheaume, A. Laporte, D. Leopold, A. Li, M. Li, S. Li, L. Li, S. Li, H. Li, Z. Liang, Z. Liang, S. Leite, M. A. Lisboa Liu, B. Liu, Y. L. Liu, K. Liu, K. Liu, Y. W. Lu, M. Lu, Y. J. Alves, F. L. Lucio Lyu, F. Ma, X. Ma, K. Macina, D. Madar, R. Makovec, N. Malyukov, S. Mandić, I. Manoussos, T. Manzoni, S. Martin-Chassard, G. Martins, F. Masetti, L. Mazini, R. Mazzeo, E. Menegasso, R. Meyer, J. -P. Miao, Y. Migayron, A. Mihovilovic, M. Milovanovic, M. Missio, M. Moskalenko, V. Mouadili, N. Moussa, A. Nikolic-Audit, I. Ohm, C. C. Okawa, H. Okkerman, S. Ouchrif, M. Pénélaud, C. Parreira, A. Dias, B. Pascual Bel, J. Pinol Puhl, P. -O. Puklavec, M. Qi, M. Qin, J. Ren, H. Riani, H. Ridaouni, S. Rogozin, V. Royer, L. Rudnyckyj, F. Saad, E. F. Saito, G. T. Salem, A. Santos, H. Schwemling, Ph. Seguin-Moreau, N. Serin, L. Fernandez, R. P. Serrano Sha, Q. Shaikovskii, A. Shan, L. Shen, R. Shi, X. Skomina, P. Smitmanns, H. Snoek, H. L. Soulier, A. P. Stein, A. Stenzel, H. Strandberg, J. Sun, W. Sun, X. Sun, Y. Tan, Y. Tariq, K. Tayalati, Y. Terzo, S. Coello, A. Torrento Trincaz-Duvoid, S. Voorde, U. M. Vande Velkovska, I. Vieira, R. P. Lopes, L. A. Vieira Visibile, A. Wan, J. Wang, W. Wang, C. Wang, Y. Wang, Y. Wang, A. Wang, T. Wang, T. Wang, S. M. Weitzel, Q. Wu, J. Wu, W. Wu, Y. Wu, M. Xia, L. Xu, H. Xu, D. Xu, L. Yan, Z. Yang, X. Yang, X. Yang, H. Yang, H. Ye, J. Youbi, I. Yuan, J. Zahir, I. Zeng, H. Zhang, T. Zhang, J. Zhang, Z. Zhang, L. Zhang, D. Zhao, M. Zhao, Z. Zheng, X. Zhou, Z. Zhu, Y. Zhuang, X. Instrumentation and Detectors High Energy Physics - Experiment The reliability of bump connection structures has become a critical aspect of future silicon detectors for particle physics. The High Granularity Timing Detector (HGTD) for the ATLAS experiment at the High-Luminosity Large Hadron Collider will require 8032 hybrid pixel sensor modules, composed of two Low Gain Avalanche Diode sensors bump-bonded to two readout ASICs and glued to a passive PCB. The detector will operate at low temperature (-30 degrees Celsius) to mitigate the impact of irradiation. The thermomechanical reliability of flip-chip bump connections in HGTD modules is a critical concern, particularly due to their characteristically lower bump density (pixel pitch dimensions of 1.3 mm by 1.3 mm). This paper elaborates on the challenges arising from this design characteristic. Finite element analysis and experimental testing were employed to investigate failure modes in the flip-chip bump structures under thermal cycling from -45 degrees Celsius to 40 degrees Celsius and to guide the module redesign. The optimized design demonstrates significantly enhanced robustness and is projected to fulfill the full lifetime requirements of the HGTD.
title	Thermal Cycling Reliability of Hybrid Pixel Sensor Modules for The ATLAS High Granularity Timing Detector
topic	Instrumentation and Detectors High Energy Physics - Experiment
url	https://arxiv.org/abs/2509.14045