Zusammenfassung - Produktion, Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle der SiPM-Tiles für die DarkSide-20k Zeitprojektionskammer

Produktion, Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle der SiPM-Tiles für die DarkSide-20k Zeitprojektionskammer

2025-07-09 19:01:59

{"F. Acerbi","P. Adhikari","P. Agnes","I. Ahmad","S. Albergo","I. F. Albuquerque","T. Alexander","A. K. Alton","P. Amaudruz","M. Angiolilli","E. Aprile","M. Atzori Corona","D. J. Auty","M. Ave","I. C. Avetisov","O. Azzolini","H. O. Back","Z. Balmforth","A. Barrado Olmedo","P. Barrillon","G. Batignani","P. Bhowmick","M. Bloem","S. Blua","V. Bocci","W. Bonivento","B. Bottino","M. G. Boulay","T. Braun","A. Buchowicz","S. Bussino","J. Busto","M. Cadeddu","M. Cadoni","R. Calabrese","V. Camillo","A. Caminata","N. Canci","M. Caravati","M. Cárdenas-Montes","N. Cargioli","M. Carlini","A. Castellani","P. Cavalcante","S. Cebrian","S. Chashin","A. Chepurnov","S. Choudhary","L. Cifarelli","B. Cleveland","Y. Coadou","V. Cocco","D. Colaiuda","E. Conde Vilda","L. Consiglio","A. F. V. Cortez","B. S. Costa","M. Czubak","M. D'Aniello","S. D'Auria","M. D. Da Rocha Rolo","A. Dainty","G. Darbo","S. Davini","R. de Asmundis","S. De Cecco","G. Dellacasa","A. V. Derbin","A. Devoto","L. Di Noto","P. Di Stefano","L. K. Dias","D. Díaz Mairena","C. Dionisi","G. Dolganov","F. Dordei","V. Dronik","F. Dylon","A. Elersich","E. Ellingwood","T. Erjavec","N. Fearon","M. Fernandez Diaz","L. Ferro A. Ficorella","G. Fiorillo","D. Fleming","P. Franchini","D. Franco","H. Frandini Gatti","E. Frolov","F. Gabriele","D. Gahan","C. Galbiati","G. Galiński","G. Gallina","M. Garbini","P. Garcia Abia","A. Gawdzik","A. Gendotti","G. K. Giovanetti","V. Goicoechea Casanueva","A. Gola","L. Grandi","G. Grauso","G. Grilli di Cortona","A. Grobov","M. Gromov","M. Gulino","B. R. Hackett","A. L. Hallin","A. Hamer","M. Haranczyk","B. Harrop","T. Hessel","C. Hidalgo","J. Hollingham","S. Horikawa","J. Hu","F. Hubaut","D. Huff","T. Hugues","E. V. Hungerford","A. Ianni","A. Ianni","V. Ippolito","A. Jamil","C. Jillings","R. Keloth","N. Kemmerich","A. Kemp","M. Kimura","A. Klenin","K. Kondo","G. Korga","L. Kotsiopoulou","S. Koulosousas","A. Kubankin","P. Kunzé","M. Kuss","M. Kuźniak","M. Kuzwa","M. La Commara","M. Lai","E. Le Guirriec","E. Leason","A. Leoni","L. Lidey","J. Lipp","M. Lissia","L. Luzzi","O. Lychagina","O. Macfadyen","I. Machts","I. N. Machulin","S. Manecki","I. Manthos","L. Mapelli","A. Marasciulli","S. M. Mari","C. Mariani","J. Maricic","M. Martinez","C. J. Martoff","G. Matteucci","K. Mavrokoridis","A. B. McDonald","S. Merzi","A. Messina","R. Milincic","S. Minutoli","A. Mitra","J. Monroe","E. Moretti","M. Morrocchi","A. Morsy","T. Mroz","V. N. Muratova","M. Murra","P. Musico","R. Nania","M. Nessi","G. Nieradka","K. Nikolopoulos","E. Nikoloudaki","I. Nikulin","J. Nowak","K. Olchanski","A. Oleinik","V. Oleynikov","P. Organtini","A. Ortiz de Solórzano","A. Padmanabhan","M. Pallavicini","L. Pandola","E. Pantic","E. Paoloni","D. Papi","B. Park","G. Pastuszak","G. Paternoster","R. Pavarani","A. Peck","K. Pelczar","R. Perez","V. Pesudo","S. Piacentini","N. Pino","G. Plante","A. Pocar","S. Pordes","P. Pralavorio","E. Preosti","D. Price","M. Pronesti","S. Puglia","M. Queiroga Bazetto","F. Raffaelli","F. Ragusa","Y. Ramachers","A. Ramirez","S. Ravinthiran","M. Razeti","A. L. Renshaw","A. Repond","M. Rescigno","S. Resconi","F. Retiere","L. P. Rignanese","A. Ritchie-Yates","A. Rivetti","A. Roberts","C. Roberts","G. Rogers","L. Romero","M. Rossi","A. Rubbia","D. Rudik","J. Runge","M. A. Sabia","P. Salomone","O. Samoylov","S. Sanfilippo","D. Santone","R. Santorelli","E. M. Santos","I. Sargeant","C. Savarese","E. Scapparone","F. G. Schuckman","G. Scioli","D. A. Semenov","M. Sestu","V. Shalamova","S. Sharma Poudel","A. Sheshukov","M. Simeone","P. Skensved","M. D. Skorokhvatov","O. Smirnov","T. Smirnova","B. Smith","F. Spadoni","M. Spangenberg","A. Steri","V. Stornelli","S. Stracka","A. Sung","C. Sunny","Y. Suvorov","A. M. Szelc","O. Taborda","R. Tartaglia","A. Taylor","J. Taylor","G. Testera","K. Thieme","A. Thompson","S. Torres-Lara","A. Tricomi","S. Tullio","E. V. Unzhakov","M. Van Uffelen","P. Ventura","T. Viant","S. Viel","A. Vishneva","R. B. Vogelaar","J. Vossebeld","B. Vyas","M. Wada","M. Walczak","Y. Wang","S. Westerdale","L. Williams","M. M. Wojcik","M. Wojcik","C. Yang","J. Yin A. Zabihi","P. Zakhary","A. Zani","Y. Zhang","T. Zhu","A. Zichichi","G. Zuzel","M. P. Zykova"}

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Die DarkSide-20k-Kollaboration entwickelt ein neuartiges auf SiPM basierendes Photodetektionssystem für ihr direktes Dunkelmaterie-Detektionsexperiment DarkSide-20k. Das System nutzt modulare Photosensoren, die so genannten Tiles, die je 24 SiPMs auf einer Leiterplatte (PCB) integrieren, um Signalverstärkung, Energieverteilung und eine vereinfachte Auslesung zu ermöglichen. Die Tiles werden zu Photo-Detektor-Units (PDUs) zusammengefasst, um eine weitergehende Montage und vereinfachte Auslesung zu ermöglichen. Die Produktion der Tiles sowie die Qualitätskontrolle (QA-QC) werden in der Nuova Officina Assergi (NOA) durchgeführt, einer ISO-6 Reinraum-Anlage am LNGS. Der Produktionsprozess umfasst kryogene Charakterisierung auf Wafer-Ebene, präzise Flip-Chip-Bonding, Drahtbondung und eine ausführliche elektrische und optische Validierung jedes Tiles. Die Gesamtausbeute der Produktion übersteigt 83,5 % und entspricht den Anforderungen des DarkSide-20k-Produktionsplans. Das QA-QC-Protokoll stellt sicher, dass die Leistung und Homogenität der Tiles gewährleistet sind und validiert die Robustheit des Tile-Designs sowie seine Eignung für den Betrieb in einem kryogenen Umfeld. Der QA-QC-Prozess umfasst mehrere Schritte: 1. Charakterisierung von SiPM-Wafern mit einem kryogenen Probensystem, um Leistung参数 wie Bruchspannung, Abschaltwiderstand und Leckstrom zu bewerten. 2. Dicing des Wafers in Bricks mit den Abmessungen von 11,8 mm × 7,9 mm. 3. Optische Inspektion zur Identifizierung von Oberflächenschäden und Fertigungsfehlern. 4. Herstellung der Leiterplatten und Gravur von QR-Codes zur eindeutigen Identifizierung und Nachverfolgung. 5. Bestückung der Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen. 6. Flip-Chip-Bonding der SiPMs auf die Leiterplatten mit einer thermischen Kompressionsbonding-Technik. 7. Drahtbondung, um die Anode- und Kathodterminals von aufeinanderfolgenden SiPMs innerhalb desselben Tile-Branches zu verbinden. 8. Optische Inspektion des Tiles, um die richtige Platzierung und die Qualität der Drahtbondungen sowie das Fehlen von Fehlern zu überprüfen. 9. Testen der Tiles bei Raumtemperatur und in flüssigem Stickstoff, um die Leistung zu bewerten und sicherzustellen, dass die Tiles wie erwartet funktionieren. Der QA-QC-Prozess hat eine hohe Homogenität und Ausbeute der Tiles erbracht, wobei 83,5 % alle Qualitätsanforderungen erfüllen. Dies stellt sicher, dass nur hochwertige Photodetektoren in das DarkSide-20k-Experiment integriert werden und zum Erfolg des Experiments beitragen, das eine bislang unerreichte Empfindlichkeit in der direkten Dunkelmaterie-Detektion von WIMP erzielt hat.