GENERADOR TERMOELECTRICO DE BAJA ENERGIA MEJORADO CAMPO DEL INVENCION La presente invención pertenece en general a dispositivos termoeléctricos y, más particularmente, a un generador termoeléctrico de baja energía, autosuficiente que tienen un tamaño compacto y una salida de voltaje relativamente alta que está específicamente adaptada para ser compatible con dispositivos microelectrónicos . ANTECEDENTES DE LA INVENCION La tendencia en incremento hacia la miniaturización de los dispositivos microelectrónicos necesita el desarrollo de suministros de energía miniaturizados . Las baterías y las celdas solares son fuentes de energía tradicionales para los dispositivos microelectrónicos. Sin embargo, la energía que se suministra a través de las baterías se disipa a través del tiempo requiriendo que las baterías se reemplacen periódicamente. Las celdas solares, aunque tienen una vida útil efectivamente ilimitada, solamente pueden proporcionar una fuente temporal de energía ya que el sol u otras fuentes de luz no siempre pueden estar disponibles. Además, las celdas solares requieren la limpieza periódica de su superficie con el fin de mantener la eficiencia de la conversión de energía. Los generadores termoeléctricos son fuentes de energía autosuficientes que convierten la energía térmica en energía eléctrica bajo principios físicos establecidos. El Ref. 195507
efecto Seebeck es un fenómeno a través del cual las diferencias de calor pueden convertirse en electricidad debido en gran parte al cambio en la difusión del portador en un conductor. La energía eléctrica puede generarse bajo el efecto Seebeck mediante la utilización de termopares los cuales cada uno está comprendido de un par de metales diferentes (tipo n y tipo p) unidos en un extremo. El tipo n y el tipo p, respectivamente, se refieren a tipos negativo y positivo de portadores de carga dentro del material. El gradiente de temperatura que existe entre los extremos del termopar puede artificialmente aplicarse o puede ser natural, ocurriendo como "calor de desperdicio" tal como el calor que constantemente se desecha por el cuerpo humano. En un reloj de pulsera, un lado está expuesto al aire a temperatura ambiente mientras el lado opuesto esté expuesto a una temperatura superior de la piel del usuario. De esta forma, un pequeño gradiente de temperatura típicamente está presente a través del grosor del reloj de pulsera. Un generador termoeléctrico puede incorporarse en el reloj de pulsera para tomar la ventaja del calor del desperdicio y generar un suministro de energía suficiente para operar el reloj de pulsera como una unidad auto-contenida. Ventajosamente, muchos dispositivos microelectrónicos que son similares en tamaño a un reloj de pulsera típico requieren solamente una pequeña cantidad de energía y por consiguiente
también son compatibles para energizarlos a través de un generador termoeléctrico. Los parámetros operativos de un generador termoeléctrico pueden matemáticamente caracterizarse en varias formas. Por ejemplo, el voltaje medido a través de los extremos no unidos de un termopar es directamente proporcional a la diferencia en temperatura a través de los dos extremos. Cuando los tramos termoeléctricos de tipo n y los tramos termoeléctricos de tipo p que forman un termopar están eléctricamente conectados en serie pero térmicamente conectados en paralelo con un diferencial de temperatura Ti y T2 mantenida a través de éstos, el voltaje del circuito abierto V según el efecto Seebeck puede matemáticamente expresarse a través de la siguiente fórmula: V = S (Ti-T2) en donde S es el coeficiente Seebeck expresado en microvoltios por grado (µ?/?) . La eficiencia de los generadores termoeléctricos puede caracterizarse por una figura de mérito termoeléctrica (Z) tradicionalmente definida por la siguiente fórmula: Z=S2a/k en donde s y k son la conductividad eléctrica y la conductividad térmica, respectivamente. La figura de mérito Z expresada en la K reciproca, representa las propiedades térmica y eléctrica de un material termoeléctrico que se puede
utilizar en un generador termoeléctrico. Una de las claves para mejorar la eficiencia de los generadores termoeléctricos se basa en el desarrollo de películas termoeléctricas altamente efectivas que tienen baja resistencia eléctrica, un alto coeficiente Seebeck y baja conductividad térmica. Otra clave en la mejora de los generadores termoeléctricos se basa en el incremento de la densidad de integración de los termopares. Por lo general con fuentes de calor de desperdicio, existe solamente una pequeña diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el depósito de calor. Debido a esta pequeña diferencia en temperatura, se deben conectar un gran número de termopares en serie con el fin de generar un voltaje termoeléctrico suficiente. En consecuencia, los termopares deben tener relaciones de aspecto extremos de longitud a anchura en la sección transversal. La técnica anterior incluye un número de dispositivos que intentan mejorar la eficiencia en las características de operación de los generadores termoeléctricos. Un dispositivo de la técnica anterior incluye un sustrato conductor del calor dispuesto en contacto térmico con una región de alta temperatura opuesta a una región de baja temperatura. El calor fluye desde la región de alta temperatura en el sustrato conductor de calor y dentro de un número de tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p alternativas cortados del material de cristal. Los tramos
termoeléctricos de tipo n y tipo p están eléctricamente conectados en serie y térmicamente conectadas en paralelo. Los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p se forman en el sustrato en un patrón de tablero bidimensional . Debido a que el voltaje total es la suma de los montajes individuales a través de cada par de tipo n y tipo p, y debido a que cada termopar de los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p pueden producir solamente unos cuantos milivoltios para un deferencial de temperatura dado, se requiere de un área muy grande con el fin de abarcar el patrón de tablero de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p alternos. El requerimiento de una gran área previene la miniaturización del generador termoeléctrico. Otro dispositivo de la técnica anterior proporciona un módulo termoeléctrico que tiene una canasta de huevos aislantes sin huecos para proporcionar espacios aislados para un número de tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p. La ausencia de huecos elimina la posibilidad de cortocircuitos entre pared entre los tramos termoeléctricos. Los tramos termoeléctricos están eléctricamente conectados en serie y térmicamente conectadas en paralelo entre los lados frío y caliente del módulo. Las conexiones eléctricas están comprendidas de una capa de aluminio sobre una capa de molibdeno. Las superficies se asientan para exponer las paredes de la canasta de huevos excepto en el área en donde
los tramos termoeléctricos están interconectados . Aunque el módulo de referencia supera los problemas de los cortocircuitos entre los tramos termoeléctricos adyacentes, el dispositivo de la referencia requiere numerosos pasos de fabricación y por consiguiente es costoso. Otros dispositivos de la técnica anterior que intentan miniaturizar los generadores termoeléctricos han incrementado la densidad de integración de los termopares mediante la miniaturización de las estructuras monolíticas individuales de los termopares. Aunque los dispositivos tuvieron éxito en la reducción de la sección transversal de estos termopares de telururo de bismuto de material de volumen a un tamaño suficientemente pequeño, la dificultad extrema en el manejo y fabricación de estos termopares de tipo telururo de bismuto de material de volumen se traduce en costos de producción extremadamente altos que conducen a un muy alto costo para el producto final. En vista de las desventajas antes descritas de los generadores termoeléctricos convencionales, existe la necesidad en la técnica de un generador termoeléctrico que es compatible con los requerimientos de los dispositivos microelectrónicos . Más específicamente, existe una necesidad para un generador termoeléctrico para producir baja energía que es de un tamaño compacto, y que está específicamente adaptado para producir un alto voltaje de salida mientras es
capaz de ser producible en masa a un costo relativamente bajo. BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención específicamente conduce y alivia las deficiencias antes referenciadas asociadas con los generadores termoeléctricos. Más particularmente, la presente invención es un generador termoeléctrico de baja energía autosuficiente, mejorado que tiene un tamaño compacto y que está específicamente adaptado para ser compatible con dispositivos microelectrónicos . Los generadores termoeléctricos toman la ventaja de un gradiente térmico para generar energía útil de acuerdo con el efecto Seebeck. El generador termoeléctrico como se describe en la presente está comprendido en una placa inferior, una placa superior, un ensamble de lámina que comprende ya sea un segmento de lámina alargado, individual o una serie de segmentos de lámina que están unidos de extremo a extremo utilizando conectores asentados a horcajadas entre cada unión de extremo a extremo. El adhesivo se puede utilizar para unir el conector a por lo menos una de las superficies de sustrato frontal y trasero de los segmentos de lámina de extremo a extremo con el fin mecánicamente conectar los segmentos de lámina. Más específicamente, el conector puede unirse a por lo menos la superficie de sustrato frontal. Sin embargo, para una conexión mecánica más fuerte, también se puede unir un conector a la superficie del sustrato trasero.
El adhesivo eléctrico tiene una conductividad eléctrica relativamente alta, se puede aplicar en el borde superior e inferior del conector para eléctricamente conectar los segmentos de lámina. Sin embargo, los conectores pueden opcionalmente incluir contactos metálicos depositados adyacentes en los bordes superior e inferior del conector para mejorar la conductividad eléctrica entre los segmentos de lámina . El contacto metálico está configurado para eléctricamente conectar el extremo más remoto de los tramos termoeléctricos de tipo n de uno de los segmentos de lámina al extremo más remoto de los tramos termoeléctricos de tipo p de uno de los segmentos de lámina adyacentes. En esta forma, cada uno de los tramos termoeléctricos de tipo p está eléctricamente conectado a los tramos termoeléctricos de tipo n adyacentes en los extremos opuestos de los tramos termoeléctricos de tipo p de tal forma que los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p están eléctricamente conectados en serie y térmicamente conectadas en paralelo. El ensamble de lámina y/o los segmentos de lámina están interpuestos entre la placa inferior y la placa superior en una configuración en forma espiral bobinada. El ensamble de lámina está perpendicularmente dispuesto entre y en contacto térmico con las placas superior e inferior. Una serie de tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p alternos está
dispuesta en el sustrato de cada uno de los segmentos de lámina que forman el ensamble de lámina en una modalidad del generador termoeléctrico. En otra modalidad, los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p están dispuestos en un sustrato alargado, individual de un segmento de lámina individual. Los tramos termoeléctricos están ligeramente fabricados de un material termoeléctrico de tipo compuesto de telurio de bismuto. La placa superior está dispuesta en relación separada por arriba de la placa inferior. Las placas superior e inferior pueden tener una configuración generalmente circular y pueden fabricarse de un material rígido capaz de una conductancia térmica adecuada. A este respecto, la placa superior e inferior se puede fabricar en material de cerámica, material metálico o cualquier otro material adecuado o combinación de los mismos. La placa inferior y la placa superior se configuran para proporcionar un contacto térmico entre el depósito de calor y la fuente de calor de tal forma que el gradiente de temperatura puede desarrollarse a través de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p alternos Cada uno de los segmentos de lámina tiene una superficie de sustrato frontal y una superficie del sustrato trasero que se opone a la superficie de sustrato frontal. Los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p alternos, separados están dispuestos en una configuración en paralelo
entre si en la superficie del sustrato frontal. Cada uno de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p se forman de un material termoeléctrico generalmente teniendo un grosor en el intervalo de aproximadamente 10 mieras (µ?t?) a aproximadamente 100 µta con una configuración gruesa siendo preferida debido a un área transversal correspondientemente mayor que proporciona una corriente eléctrica concomitantemente mayor a través de los mismos. La superficie de sustrato frontal puede tener una aspereza de superficie que es más suave que la de la superficie de sustrato trasero con el fin de mejorar la repetición de formar tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p en la superficie de sustrato frontal. Sin embargo, la superficie de sustrato trasero puede tener los tramos termoeléctricos dispuestos sobre la misma y pueden apropiadamente pre-tratarse antes del procedimiento de deposición. Cada uno de los pares de tramos termoeléctricos de tipo p y de tipo n forma un termopar del generador termoeléctrico. El ancho de los tramos termoeléctricos puede estar en el intervalo de aproximadamente 10 µta a aproximadamente 100 µp\, la longitud de los cuales está en intervalo de aproximadamente 100 µp? a aproximadamente 500 µ??. Una longitud preferida de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p es aproximadamente 500 µ??. Un ancho preferido para el tramos termoeléctrico de tipo n es de aproximadamente 60 µ?\
mientras un ancho preferido para el tramo termoeléctrico de tipo p es de aproximadamente 40 µp? La geometría de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p respectivamente se puede ajusfar un cierto grado dependiendo de las diferencias en las conductividades eléctricas de cada tramo termoeléctrico de tipo n y de tipo p. Cada uno de los tramos termoeléctricos de tipo p está eléctricamente conectado a los tramos termoeléctricos de tipo n adyacentes en los extremos opuestos de los tramos termoeléctricos de tipo p a través de un puente metálico lateral caliente y un puente metálico lateral frío de tal forma que la corriente eléctrica puede fluir a través de los tramos termoeléctricos desde la parte inferior a la parte superior de un tramo termoeléctrico de tipo p, o viceversa. La pluralidad de segmentos de lámina puede preferiblemente incluir un total de aproximadamente 5000 termopares conectados y sustancialmente distribuidos de manera uniforme en el arreglo de segmentos de lámina y formar una cadena de termopares. Sin embargo, cualquier número de termopares puede ser provisto en el generador termoeléctrico. Cada uno de los termopares incluye un tramo termoeléctrico de tipo n y de tipo p. De esta forma, un generador termoeléctrico que tiene una cadena de 5000 termopares incluirá 5000 tramos termoeléctricos de tipo n y 5000 tramos termoeléctricos de tipo p. El generador
termoeléctrico puede preferiblemente incluir cualquier número de segmentos de lámina conectados de extremo a extremo para formar el ensamble de lámina. El ensamble de lámina a continuación se bobina en forma espiral de tal forma que las superficies de sustrato frontal y trasero de las envolturas adyacentemente dispuestas del ensamble de lámina están dispuestas de forma traslapante, pero eléctricamente no conductiva, en contacto entre si. Puede ser provista una capa de cubierta en por lo menos una de las superficies de sustrato frontal y trasero para evitar la conductancia eléctrica entre las envolturas del ensamble de lámina. La cadena del termopar puede estar conectada a las placas superior e inferior las cuales, a su vez, pueden estar conectadas a una carga externa. Cada uno de los puentes metálicos laterales caliente y los puentes metálicos laterales fríos, están configurados para eléctricamente conectar un tramo termoeléctrico de tipo n a un tramo termoeléctrico de tipo p. Cada uno de los puentes metálicos laterales caliente y lateral frío también están configurados para actuar como una barrera de difusión con el fin de impedir la difusión de elementos indeseados en los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p que pueden fácilmente contaminarse con material foráneo. Adicionalmente , cada uno de los puentes metálicos laterales caliente y frío está configurado para impedir la difusión de elementos indeseados fuera de los tramos termoeléctricos de tipo n y de
tipo p. Finalmente, cada uno de los puentes metálicos laterales frío y caliente está considerado para óptimamente conducir el calor dentro y fuera de los tramos termoeléctricos de tipo p y de tipo n. A este respecto, los puentes metálicos laterales caliente y frió pueden fabricarse de un material conductivo altamente térmico tal como oro niquelado. El sustrato de cada segmento de lámina puede tener un grosor en el intervalo de aproximadamente 7.5 µ?? a aproximadamente 50 µp?, aunque el grosor del sustrato es preferiblemente de 25 µ??. Debido al deseo de reducir el flujo de calor térmico a través del sustrato con el fin de incrementar la eficiencia de la conversión de energía, es deseable disminuir el grosor del sustrato sobre el cual los tramos termoeléctricos están dispuestos. Un material eléctricamente aislante con una baja conductividad térmica tal como la película de poliimida puede utilizarse para el sustrato . La película termoeléctrica que forma los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p puede estar comprendida de un compuesto semiconductor de tipo compuesto de telururo de bismuto (Bi2Te3) . Sin embargo, las composiciones específicas del compuesto semiconductor pueden alterarse para mejorar el rendimiento termoeléctrico de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p. Específicamente, la composición de los tramos termoeléctricos de tipo n puede incluir los elementos
Bismuto (Bi), Telurio (Te) y Selenio (Se). La composición de los tramos termoeléctricos de tipo p puede incluir los elementos Bismuto (Bi) , Antimonio (Sh) y Telurio (Te) . Además, el exceso de elementos de Telurio (Te) y Selenio (Se) puede ser provisto en un material de tipo n. El exceso del elemento Telurio (Te) puede ser provisto en material de tipo p. Las cantidades en exceso de cada uno de estos elementos pueden alterarse con el fin de mejorar la fabricación y las características de energía del mismo. En el método para producir el segmento de lámina para el generador termoeléctrico, se puede utilizar un magnetrón rociador para la deposición de una película de material termoeléctrico "de tipo telururo de bismuto" relativamente grueso sobre el sustrato. Se deben observar que como se conoce la técnica, el telururo de bismuto se refiere a un sistema de material específico y es referido como tal porque los materiales de tipo p y de tipo n son del mismo tipo de compuesto de telurio de bismuto. Debido a la composición objetivo de rociado única, el régimen de rociado, y el procedimiento post-endurecido, se logran valores altos para el factor de energía (P) del material termoeléctrico. Por ejemplo, en una modalidad del generador termoeléctrico, un valor promedio para el factor de energía (Pp) de material termoeléctrico de tipo Bi2Te3 de tipo p a temperatura ambiente es de aproximadamente 45 i_iW/ (K2*cm) mientras un valor promedio
para el factor de energía (Pn) para un material termoeléctrico de tipo Bi2Te3 de tipo n a temperatura ambiente es de aproximadamente 45
(K2*cm) . BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Estas así como otras características de la presente invención serán más evidentes después de la referencia a las figuras en donde: La Figura 1 es una vista en perspectiva de un generador termoeléctrico que ilustra la configuración de una pluralidad de segmentos de lámina de la presente invención, La Figura 2 es una vista lateral transversal del generador termoeléctrico tomada a lo largo de la línea 2-2 de la Figura 1 que ilustra la configuración de los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p dispuestos en una película de sustrato de cada uno de los segmentos de lámina; La Figura 3 es una ilustración esquemática del par de tramos termoeléctricos de tipo p y tipo n que forman un termopar del generador termoeléctrico; La Figura 4a es una vista transversal de un generador termoeléctrico en forma redonda en una modalidad alternativa e ilustra un ensamble de lámina en forma espiral bobinado capturado entre la placa superior y la placa inferior e ilustra el material de relleno dispuesto dentro de un núcleo hueco central del ensamble de lámina; La Figura 4b es una vista superior del generador
termoeléctrico de la Figura 4a e ilustra la forma circular de la placa superior; La Figura 5a es una vista transversal del generador termoeléctrico e ilustra una perforación formada en la placa superior y que se extiende dentro del relleno en por el contrario el núcleo hueco de tal forma que se puede utilizar para encapsular circuitos electrónicos dentro del generador termoeléctrico ; La Figuración 5b es una vista superior del generador termoeléctrico mostrado en la Figura 5a e ilustra la perforación centralmente localizada formada en la placa superior; La Figuras 6a es una vista lateral del ensamble de lámina que comprende el par de segmentos de lámina dispuestos en un contacto de extremo a extremo e ilustra la configuración de los extremos libres adyacentes en los contactos extremos en los bordes superior e inferior de cada uno de los segmentos de láminas adyacentemente dispuestos como se puede utilizar para la conexión eléctrica del par más remoto de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p de uno de los segmentos de lámina en los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p más remotos del segmento adyacente de lámina; La Figura 6b es una vista en planta de un conector como se puede utilizar en por lo menos una de las superficies de sustrato frontal y trasero para dividir los segmentos de
lámina adyacentemente dispuestos juntos; La Figura 6c es una vista en planta de una configuración mejorada del conector que tiene contactos de metal dispuestos en los bordes superior e inferior del conector para mejorar la conexión eléctrica entre los segmentos de lámina adyacentemente dispuestos; La Figura 6d es una vista lateral de un par de segmentos de lámina adyacentemente dispuestos e indica una capa del adhesivo de ensamble dispuesto aproximadamente en la parte media entre los bordes superior e inferior de cada uno de los segmentos de lámina y un adhesivo eléctrico dispuesto en los contactos extremos respectivos de los segmentos de lámina adyacentemente dispuestos; La Figura 6e es una vista lateral de una superficie opuesta del ensamble de lámina mostrado en la Figura 6d e ilustra una capa del adhesivo de ensamble dispuesto en el mismo para mecánicamente conectar los segmentos de lámina adyacentemente dispuestos con el conector (no mostrado) ; La Figura 7a es una vista lateral del par de segmentos de lámina dispuestos de extremo a extremo con una conexión eléctrica "individual" entre los tramos termoeléctricos de tipo extremo más remotos de uno de los segmentos de lámina a los tramos termoeléctricos de tipo p más remotos de uno de los segmentos de lámina adyacentes. La Figura 7b es una vista lateral de los segmentos
de lámina mostrados en la Figura 7a y que ilustra la ubicación del adhesivo del ensamble y del adhesivo eléctrico como puede utilizarse para unir mecánica y eléctricamente los segmentos de lámina; y Las Figura 8a-8f son gráficas que ilustran las características de energía del generador termoeléctrico a diferenciales de temperatura variables entre las placas superior e inferior. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Haciendo referencia ahora a las figuras en donde las representaciones son para propósitos de ilustración de modalidades preferidas y no para propósitos de limitar las mismas, la Figura 1 es una vista en perspectiva de una modalidad de un generador termoeléctrico 10 que tiene una forma generalmente cuadrada y que está comprendido de un arreglo rectangular de segmentos de lámina 16 en un arreglo verticalmente apilado. La modalidad mostrada en la Figura 1 es el tema de la Solicitud de Patente de E. U. A. No. 11/185,312, titulada GENERADOR TERMOELECTRICO DE BAJA ENERGÍA y presentada el 20 de julio del 2005, y la Patente de E. U. A. No. 6,958,443 presentada el 19 de mayo del 2003 e titulada GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE BAJA ENERGÍA, el contenido completo de cada una expresamente incorporado por referencia aquí en su totalidad y cada una teniendo el mismo depositario que la
presente solicitud. La Figura 2 es una vista lateral transversal del generador termoeléctrico mostrado en la Figura 1 ilustrando la configuración de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p que están dispuestos en una película de sustrato de una serie de segmentos de lámina como se utiliza en el generador termoeléctrico descrito en la presente invención. La Figura 3 es una ilustración esquemática de un par de tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p típica que forman el termopar del generador termoeléctrico. Las Figuras 4a-7d ilustran el generador termoeléctrico 10 en una modalidad más, dentro de la cual los segmentos de lámina 16 se pueden unir de extremo a extremo en un ensamble de lámina 50 que está en forma espiral bobinado en una forma circular. De manera importante, el generador termoeléctrico 10 logra sustancialmente una mayor salida de energía que los generadores termoeléctricos de la técnica anterior debido en parte a la gran reducción en la resistencia eléctrica, como se describirá con mayor detalle más adelante. Como se mencionó anteriormente, el generador termoeléctrico 10 toma la ventaja de un gradiente térmico para generar energía útil bajo el efecto Seebeck. Las Figuras 8a-8f ilustran las características de energía mejoradas provistas por el generador termoeléctrico mejorado 10 bajo varias diferencias de temperatura. Haciendo referencia aún a las Figuras 4a-7b, el
generador termoeléctrico 10 está comprendido de una placa inferior generalmente redonda o en forma de disco 12, una placa superior generalmente redonda o en forma de disco 14, una serie de segmentos de lámina 16 conectados de extremo a extremo para formar un ensamble de lámina alargado, individual 50. Alternativamente, un segmento de lámina alargado, unitario 16 puede bobinarse en forma espiral en una forma circular o eliminando la necesidad de conectar segmentos de lámina individuales 16 de extremo a extremo. El ensamble de lámina en forma espiral bobinado 50 puede incluir un núcleo hueco 82, del resultado del procedimiento de fabricación. El núcleo hueco 82 puede adaptarse para utilizarse con una cavidad para contener los circuitos electrónicos tales como los circuitos eléctricos para la administración de energía. La forma redonda del generador termoeléctrico 10 mejora su adaptabilidad de ciertos dispositivos tales como dispositivos microelectrónicos utilizables. Por ejemplo, el generador termoeléctrico 10 puede fácilmente adaptarse para utilizarse en un reloj de pulsera o un dispositivo generalmente en una forma similar al reloj de pulsera. Para la configuración del generador termoeléctrico 10 en donde el ensamble de lámina 50 está comprendido de una serie de segmentos de lámina 16, el ensamble de lámina 50 está unido en una forma circular y después contenido entre la placa inferior 12 y la placa superior 14. En esta orientación, el
ensamble de lámina 50 y, por lo tanto, los elementos de lámina 16 están perpendicularmente dispuestos entre y en contacto térmico con las placa superior e inferior 12, 14. Cada segmento de lámina 16 está formado de un sustrato no eléctricamente conductivo 18 de conductividad térmica preferiblemente baja. Una serie de tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p alternos, generalmente alargados 32, 34 está dispuesta en la superficie del sustrato frontal 40, la superficie del sustrato trasero 42, o ambos. Como se explicará con mayor detalle más adelante, los tramos termoeléctricos 32, 34 generalmente se fabrican de un material termoeléctrico de tipo telururo de bismuto 44. La combinación única de composiciones de material para el sustrato 18 y el material termoeléctrico 44 proporciona un generador termoeléctrico 10 que tiene características de energías sustancialmente mejoradas. Como se puede ver en las Figuras 4b y 5b, la placa superior 14 está dispuesta en una relación separada por arriba de la placa inferior 12. Las placas inferior y superior 12, 14 pueden tener una forma generalmente circular o redonda. Sin embargo, se reconocerá que las placas inferior y superior 12, 14 generalmente definirán el tamaño global del generador termoeléctrico 10, que puede ser de cualquier forma de configuración. A este respecto, la forma generalmente redonda de las placas inferior y superior 12, 14 pueden fácilmente
adaptarse para integrar las series en forma espiral bobinadas de los segmentos de lámina 16. En un aspecto, se contempla que el ensamble de lámina 50 puede estar comprendido de segmentos de lámina idénticamente configurados en general 16 que tienen el mismo tamaño y la misma configuración de los tramos termoeléctricos de tipo p y de tipo n 32 dispuesta sobre el mismo. En esta forma, el ensamble de lámina 50 puede ser construido efectivamente en cuanto a costo de copias de segmento de lámina 16 del mismo tamaño. La placa inferior 12 y la placa superior 14 pueden preferiblemente fabricarse de cualquier material que es sustancialmente rígido y altamente térmicamente conductivo. Por ejemplo, se contempla que se puede utilizar un material metálico y/o de cerámica para fabricar las placas superior e inferior 12, 14. La placa inferior 12 y la placa superior 14 pueden configurarse para proporcionar un contacto térmico entre el depósito de calor 22 y la fuente de calor 20, respectivamente, como se puede ver en la Figura 1. Las placas inferior y superior 12, 14 también están configuradas para proporcionar un alojamiento protector de tal forma que los segmentos de lámina 16 están protegidos del contacto mecánico y las influencias químicas. A este respecto, puede ser provisto un sellador 70 en la superficie más remota del ensamble de lámina 50 entre la placa superior y la placa inferior 14, 12 de tal forma que los segmentos de lámina 16 se
sellan contra humedad, residuos, y otras influencias que pueden dañar o provocar un cortocircuito en los segmentos de lámina 16. Haciendo referencia ahora más particularmente las Figuras 4a a 7b, se muestra el generador termoeléctrico 10 teniendo un ensamble de lámina 50 capturado en las placas superior e inferior en forma de disco 14, 12. Como se puede ver en las Figuras 4a y 5a, las placas superior e inferior 14, 12 pueden opcionalmente incluir una saliente de contorno 78 que se extiende alrededor de la misma. La saliente de contorno 78 puede ser intencionadamente provista o puede ser el resultado de un procedimiento de fabricación en donde las placas superior e inferior 14, 12 se fabrican en grandes cantidades (es decir, altos números de piezas) mediante la utilización del procedimiento de grabado común y/o troquelado. Las placas superior e inferior 14, 12 pueden grabarse de material metálico delgado o láminas metálicas y, como resultado pueden incluir un pequeño borde áspero (es decir, saliente de contorno). Ventajosamente, la saliente de contorno 78 puede incrementar la rigidez y la estabilidad mecánica de las placas superior e inferior 14, 12. Además, la saliente de contorno 78 puede contener mejor el ensamble de lámina 50 dentro de los limites circunferenciales de las placas superior e inferior 14, 12. Finalmente, la saliente de contorno 78 puede incrementar el flujo del calor hacia y de
las porciones más remotas del ensamble de lámina 50 en la ubicación a través de los puentes metálicos 26, 28 que unen los pares de tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 que están depositados en el ensamble de lámina 50. Como se mencionó anteriormente, las placas superior e inferior 14, 12 son de preferencia altamente termoconductivas y, a este respecto, actúan como placas de acoplamiento de calor en las que su baja resistencia térmica preferiblemente reduce las pérdidas térmicas en el generador termoeléctrico 10. Se contempla que las placas superior e inferior 14, 12 se puede fabricar de cualquier material conductivo altamente térmico adecuado tal como un material metálico que incluye cobre, aluminio, acero inoxidable, acero recocido, y abrasiones de metal estañable y varias combinaciones de los mismos. Además, las placas superior e inferior 14, 12 pueden fabricarse de material de cerámica que puede opcionalmente combinarse con material metálico. A este respecto, la cerámica puede experimentar un procedimiento de mentalización en donde se forma una capa metálica en la superficie del material de cerámica. Dependiendo de la aplicación del generador termoeléctrico, puede ser deseable incrementar las capacidades de intercambio de calor de por lo menos una de la placa superior e inferior. Por ejemplo, por lo menos una de la placa superior e inferior puede ser provista con un área superficie alargada. La área de superficie
alargada puede realizarse a través del uso de una estructura de aleta de enfriamiento de tal forma que el calor puede más fácilmente disiparse o transferirse al entorno circundante. Las láminas de metal delgado en el orden de 50-250 ym (um) son preferiblemente adecuadas como material para las placas superior e inferior 14, 12 debido a su baja resistencia térmica. Además, el material de lámina metálico delgado puede fácilmente convertirse en las placas superior e inferior 14, 12 a través de un procedimiento de factor de fabricación simple tal como troquelado y grabado. Como se puede ver en la Figura 5b, por lo menos una de la placa superior e inferior 14, 12 puede incluir una perforación 80 de paso la cual puede estar centralmente localizada y que puede utilizarse para permitir la integración o inserción de los circuitos electrónicos dentro del núcleo hueco 82 formado durante el bobinado espiral del ensamble de lámina 50. Aunque se pueden configurar en cualquier tamaño, se contempla que las placas superior e inferior 14, 12 pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 4 milímetros (mm) a aproximadamente 80 mm con un diámetro externo más preferible de aproximadamente 5 mm a 25 mm y más preferiblemente teniendo un diámetro externo de aproximadamente 8 mm. Las placas superior e inferior 14, 12 están separadas para definir una altura total del generador termoeléctrico 10 de aproximadamente 0.3 mm y aproximadamente
4.0 mm dependiendo de la altura total (es decir, ancho) del material de sustrato 18. Más preferiblemente, la altura del generador termoeléctrico 10 está entre aproximadamente 0.5 mm a 2.0 mm y más preferiblemente de aproximadamente 1.0 mm en altura. Se contempla que ambas placas superior e inferior 14, 12 pueden utilizarse como contactos eléctricos a través de los cuales el generador termoeléctrico 10 puede conectarse a un dispositivo para suministrar energía. A este respecto, un extremo de la serie de tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 conectados en serie está preferiblemente conectado eléctricamente a la placa superior 12 mientras un extremo opuesto de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 está conectado a la placa inferior 12. La conexión eléctrica puede facilitarse a través del uso del adhesivo eléctrico 64. Sin embargo, la unión y/o soldadura y otros medios conductivos eléctricamente adecuados pueden utilizarse para conectar las placas superior e inferior 14, 12 a las respectivas de los extremos opuestos de los tramos termoeléctricas de tipo n y de tipo p 32, 34 del ensamble de lámina 50. Si la placa superior e inferior 14, 12 se fabrica de materiales no conductivos tales como material de cerámica, se puede conectar un par de primero y segundo conductores eléctricos 24, 30 a los extremos opuestos de la cadena de acoplador en una forma similar a la descrita en la Patente de
E. U. A. No. 6, 958, 443, y la cual se mencionó anteriormente. Sin embargo, las placas superior y/o inferior pueden configurarse como placas de cerámica metalizada para actuar como conductores de calor asi como para servir como contactos eléctricos para el generador termoeléctrico. Se muestra en la Figura 2 una vista representativa de por lo menos una porción de uno de los segmentos de lámina 16 que forman el ensamble de lámina 50 e ilustran la configuración de los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p alternos 32, 34 dispuestos en el sustrato 18. Como se mencionó anteriormente, cada uno de los segmentos de lámina 16 tiene una superficie de sustrato frontal 40 y una superficie de sustrato trasero 42 opuesta a la superficie de sustrato frontal 40. Después del bobinado del ensamble de lámina 50 siguiendo la conexión de extremo a extremo de los segmentos de lámina 16, las superficies de sustrato traseros 42 se orientan a la superficie de sustrato frontal 40 de las envolturas adyacentes de los segmentos de lámina 16. Los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p alternos, espaciados 32, 34 se depositan en paralelo entre si y ya sea en cualquiera o ambas de las superficies de sustrato frontal y trasero 40, 42. Para evitar el cortocircuito, se puede depositar una capa de cubierta 72 de material foto resistente positivo estándar sobre el segmento de lámina 16 después de la deposición de los tramos termoeléctricos de tipo
n y de tipo p 32, 34. La capa de cubierta puede ser provista después del procedimiento de metalización utilizado para crear contactos metálicos y puentes metálicos, si se incluyen en el sustrato 18. Aunque el material termoeléctrico 44 puede tener un grosor en el intervalo de aproximadamente 10 mieras (µp?) a aproximadamente 100 µ??, un grosor preferible del material termoeléctrico de tipo n 44 es de aproximadamente 15 µp?. Volviendo brevemente ahora la Figura 3, se muestra una representación esquemática de un par de tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 que forman el termopar 46 del generador termoeléctrico 10, como se puede ver en la Figura 3, los tramos termoeléctricos de tipo n y equipo p 32, 34 tienen un ancho respectivo. El ancho del tramo termoeléctrico de tipo n 32 se denota como ai. El ancho del tramo termoeléctrico de tipo p 34, se denota como a2. La longitud de los tramos termoeléctricos 32, 34 tanto para el tramo termoeléctrico de tipo n 32 como el tramo termoeléctrico de tipo p 34 se denota como b. Aunque los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 pueden tener sustancialmente longitudes iguales, se contempla que el generador termoeléctrico 10 puede configurarse en donde los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 son de longitudes diferentes. Ventajosamente, la relación de aspecto extremo de la longitud al ancho permite la generación de voltajes termoeléctricos relativamente altos en el generador
termoeléctrico miniaturizado . La geometría de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p respectivos 32, 34 puede ajustarse a un cierto grado dependiendo de las diferencias en las conductividades eléctricas de cada uno de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34. El ancho de los tramos termoeléctricos 32, 34 puede estar en el intervalo de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 100 pm. La longitud de los tramos termoeléctricos 32, 34 puede estar en el intervalo de aproximadamente 100 pm a aproximadamente 500 pm. Una longitud preferida d de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 es aproximadamente 500 µp\. Un ancho al preferido de los tramos termoeléctricos de tipo n 32 es de aproximadamente 60 µp? mientras un ancho preferido a2 del tramo termoeléctrico de tipo p 34 es de aproximadamente 40 pm. Las propiedades termoeléctricas del tramo termoeléctrico de tipo p 34 típicamente son superiores a las del tramo termoeléctrico de tipo n 32. Por consiguiente, el ancho de los tramos termoeléctricos de tipo p 34 puede ser más estrecho que el de los tramos termoeléctricos de tipo n 32. Aunque los tramos termoeléctricos 32, 34 se muestran en la Figura 2 como teniendo una configuración alargada, se contempla que los tramos termoeléctricos 32, 34 pueden configurarse en numerosas otras configuraciones tales como, por ejemplo, una configuración en forma de L o de S .
Los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 se conectan térmicamente en paralelo y eléctricamente en serie. Como se ilustra esquemáticamente en la Figura 2, cada uno de los tramos termoeléctricos de tipo p 34 está eléctricamente conectado a uno de los tramos termoeléctricos de tipo n 32 adyacentes en los extremos opuestos de los tramos termoeléctricos de tipo p 34 a través de un puente metálico lateral caliente 26 y un puente metálico lateral frío 28. En esta forma, la corriente eléctrica puede fluir a través de los tramos termoeléctricos 32, 34 desde la parte inferior a la parte superior de un tramo termoeléctrico de tipo p 34 y de la parte superior a la parte inferior de un tramo termoeléctrico de tipo n 32. Cada uno de los tramos termoeléctricos alternos 32, 34 se conecta a un tramo termoeléctrico adyacente 32, 34 de tipo conductividad opuesta, formando un termopar 46. En la Figura 3, el tramo termoeléctrico de tipo n está conectado en un extremo superior respectivo del mismo a un extremo superior respectivo del tramo termoeléctrico de tipo p 34. En la Figura 2, una pluralidad de tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p 32, 34 se conectan a los extremos opuestos de los mismos formando una pluralidad de termopares 46 y dejando un tramo termoeléctrico de tipo p libre 34 y un tramo termoeléctrico de tipo n libre 32 en los extremos opuestos terminales de cada uno de los segmentos de lámina 16. Siempre que se aplique calor mediante la fuente de
calor 20 a través de la placa superior 14 al puente metálico lateral caliente 26, se crea un gradiente de temperatura, indicado por el símbolo ??, con respecto al puente metálico lateral frío 28 del termopar 46 en la placa inferior 12 y en el depósito de calor 22, de tal forma que el flujo del calor 48 fluye a través del generador termoeléctrico 10. La corriente después fluye a través de una carga en el circuito eléctrico 36 en la dirección indicada por el símbolo A. El generador termoeléctrico 10 además puede comprender un primer conductor eléctrico 24 y un segundo conductor eléctrico 30 respectivamente conectado a los extremos opuestos de la serie de tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 en el caso en donde la placa superior e inferior 14, 12 no sirve también como contacto eléctrico para el generador termoeléctrico 10. Cada uno de los puentes metálicos laterales calientes 26 y los puentes metálicos laterales fríos 28 se configura para eléctricamente conectarse a un tramo termoeléctrico de tipo n 32 y a un tramo termoeléctrico de tipo p 34. Cada uno de los puentes metálicos laterales calientes 26 y los puentes metálicos laterales fríos 28 también se configura para actuar como una barrera de difusión con el fin de impedir la difusión de elementos indeseados dentro de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 que pueden fácilmente contaminarse con material foráneo.
Además, cada uno de los puentes metálicos laterales calientes 26 y los puentes metálicos laterales fríos 28 se configura para impedir la difusión de elementos indeseados fuera de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34. Finalmente, cada uno de los puentes metálicos laterales calientes 26 y los puentes metálicos laterales fríos 28 se configura para conducir calor dentro y fuera de los tramos termoeléctrico de tipo p y de tipo n 32, 34. A este respecto, los puentes metálicos laterales calientes 26 y los puentes metálicos laterales fríos 28 se pueden fabricar de un material conductivo altamente térmico tal como oro niquelado. En la ilustración mostrada en las Figuras 2, 6a y 7a, el primer conductor eléctrico 24 está conectado a un extremo libre del tramo termoeléctrico de tipo p 34. Sin embargo, para el generador termoeléctrico 10 que tiene un arreglo de segmentos de lámina 16 dispuestos paralelamente en una configuración paralela como su base en la Figura 1, los segmentos de lámina 16 están eléctricamente conectados en serie de tal forma que uno de los tramos termoeléctricos de tipo n libre 32 en un extremo terminal del segmento de lámina 16 está eléctricamente conectado a un extremo termoeléctrico de tipo p libre 34 de un segmento de lámina adyacente 16, y viceversa. En la configuración, el primer conductor eléctrico 24 está conectado a un extremo libre del tramo termoeléctrico de tipo n 32 de un segmento de lámina más adelantado 16 en el
arreglo mientras el segundo conductor eléctrico 30 está conectado a un extremo libre del tramo termoeléctrico de tipo de 34 del segmento de lámina más atrasado 16 del arreglo. Se contempla que la pluralidad de segmentos de lámina 16 del ensamble de lámina 50 pueda preferiblemente incluir un total de aproximadamente 5000 termopares 46 sustancialmente distribuidos en forma uniforme en el arreglo de segmentos de lámina 16 aunque se contempla que el generador termoeléctrico 10 puede comprender cualquier número de termopares 46 desde aproximadamente 1000 a aproximadamente 20000. En la modalidad mostrada en la Figura 6a, un total de 5265 acopladores 46 puede ser provisto para contar en la reducción de una cantidad de termopares efectivos 46 debido a la redundancia eléctrica de la conexión de extremo a extremo entre los segmentos de lámina 16, como se describirá con mayor detalle más adelante. En una modalidad, el generador termoeléctrico 10 puede incluir aproximadamente diecinueve (19) de los segmentos de aluminio de lámina 16 conectados de extremo a extremo para crear un ensamble de lámina 50 que tiene una longitud total de aproximadamente 1 metro. Alternativamente, sin embargo, el generador termoeléctrico 10 puede incluir cualquier número de segmentos de lámina 16 suficiente para integrar el número total de termopares 46 necesarios para producir la energía requerida a temperaturas de operación dadas. Asumiendo que
todo los termopares 46 están eléctricamente conectados en serie, la salida de voltaje total del generador termoeléctrico 10 simplemente se calcula como la suma de voltajes individuales generados a través de cada termopar 46, tomando en cuenta los termopares que no contribuyen 46 como parte del tipo de conexión eléctricamente redundante mostrado una Figura 6a. En una modalidad preferida, el sustrato 18 tiene un grosor en el intervalo de aproximadamente 7.5 µt a aproximadamente 50 m, aunque el grosor del sustrato 18 es preferiblemente de aproximadamente 25 pm. Debido al deseo de reducir el flujo de calor térmico 48 a través del sustrato 18 con el fin de incrementar la eficiencia de la conversión de energía, es deseable disminuir el grosor del sustrato 18 sobre el cual están dispuestos los tramos termoeléctricos 32, 34. Haciendo referencia al material que puede comprender el sustrato 18, se puede utilizar un material eléctricamente aislante tal como los tramos termoeléctricos 32, 34 adyacentes dispuestos en el sustrato 18 que pueden estar eléctricamente aislados uno del otro. El material de sustrato 18 también puede tener una baja conductividad térmica y puede ser una película de poliimida tal como la película Kapton hecha por DuPont. Debido a su baja conductividad térmica, la película de poliimida es un sustrato excelente 18 para generadores termoeléctricos 10.
Además, la película de poliimida tiene un coeficiente de expansión térmica que está dentro del mismo orden de magnitud que la del material de tipo telururo de bismuto utilizado en los tramos termoeléctricos 32, 34 en el intervalo de temperatura ambiente de aproximadamente 70°F. Por consiguiente, al utilizar la película de poliimida, las tensiones mecánicas residuales que pueden ocurrir en la interfaz del sustrato 18/material termoeléctrico 44 pueden minimizarse o eliminarse. A este respecto, la durabilidad global y vida útil del generador termoeléctrico 10 pueden mej orarse . El material termoeléctrico 44 que forma los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p 32, 34 puede estar comprendido de un compuesto semiconductor de tipo telururo de bismuto (Bi2 e3) , como se mencionó anteriormente. Sin embargo, las composiciones específicas del compuesto semiconductor pueden alterarse para mejorar el rendimiento termoeléctrico de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo 32, 34. A este respecto, el compuesto semiconductor utilizado como un material de partida en la deposición, tal como a través del rociado, los tramos termoeléctricos de tipo p 34, 32 pueden comprender un material que tiene la fórmula: (Bio.15Sbo.85) 2Te3 más 18% at. de Te en exceso, aunque el exceso puede estar en el intervalo de aproximadamente 10% at . de exceso de Te a aproximadamente 30%
de at. de Te en exceso. El compuesto semiconductor (es decir, el material de partida o el material objetivo) utilizado en la fabricación de tramos termoeléctricos de tipo n 32 a través de rociado puede preferiblemente comprender un material que tiene la fórmula: Bi2 ( eo.gSeo.i) 3 más aproximadamente 22% at . (Teo.gSeo.i) en exceso, Aunque el exceso puede estar en cualquier lugar dentro del intervalo de aproximadamente 10% at . (Teo.gSeo.i) a aproximadamente 30% at. (Te0.9Se0.i) en exceso. Se debe observar que las composiciones anteriormente recitadas o fórmulas para el material termoeléctrico de tipo p y tipo n 44s están en relación con el material inicial o de partida a partir del cual los objetivos de rociado se fabrican. En el método de fabricación descrito en la presente, el material termoeléctrico 44 para los tramos de tipo n y tipo p es el material de partida antes de la operación de rociado. La composición estequiométrica del material termoeléctrico 44 como se describe en la presente ventajosamente resulta en una figura de mérito termoeléctrica relativamente alta (Z). Aunque se puede utilizar un número diferente de técnicas de microfabricación en la deposición del material termoeléctrico 44 sobre sustrato 18, el método de rociado, tal como rociado de magnetrón o plasmatrón, puede preferiblemente utilizarse con la ayuda de equipo de deposición de alto vacio.
El rociado puede ser utilizado para la deposición de material termoeléctrico basado en telururo de bismuto relativamente grueso 44 sobre los sustratos delgados 18. Cuando se utiliza en conjunción con el sistema de material descrito anteriormente, se logra una salida de energía significativamente alta con los generadores termoeléctricos 10 de la presente invención. La salida de energía incrementada es debido en parte al uso de sistemas de material de tipo telururo de bismuto que tienen una figura del mérito (Z), relativamente a alta comparada con otros sistemas de material en el intervalo de temperatura ambiente y que efectivamente operan en un intervalo de aproximadamente 32°F a aproximadamente 212°F (es decir, equivalente a un intervalo de aproximadamente 0°C a aproximadamente 100°C). Como se mencionó anteriormente, la eficiencia de los generadores termoeléctricos 10 puede caracterizarse por una figura de mérito (Z) termoeléctrica, definida por la fórmula: Z=S7a/k, en donde s y k son la conductividad eléctrica y la conductividad térmica, respectivamente, y en donde S es el coeficiente Seebeck expresado en microvoltios por grado (µ?/?) . Z se puede reescribir como P/k en donde P es el factor de energía. En la configuración del termopar 46 del generador termoeléctrico 10 descrito en la presente invención, la dirección del flujo del calor a través de los tramos termoeléctricos es paralela a la dirección del flujo de calor
a través del sustrato 18. Por consiguiente, puede ser preferible considerar el factor de energía como una medida de la efectividad del material termoeléctrico 44. Debido a las composiciones de material únicas de los tramos termoeléctricos de la presente invención en combinación con el procedimiento de deposición, se logran valores relativamente altos para el factor de energía (P) del material termoeléctrico 44. Por ejemplo, se descubrió que la deposición del material termoeléctrico de tipo Bi2Te3 44 sobre sustrato 18 a través de rociado dio como resultado valores mejorados para el factor de energía para ambos materiales termoeléctricos de tipo p y tipo n 44 según comparado con las configuraciones de la técnica anterior. Más específicamente, se descubrió que el uso del procedimiento de rociado optimizado para el material termoeléctrico del tipo BÍ2 e3 tipo p 44, el coeficiente Seebeck (Sp) fue de aproximadamente 210 µ?/? mientras la conductividad eléctrica (s?) fue de aproximadamente 800 1/Q*cm) para un factor de energía (Pp) de aproximadamente 35 W/K2*cm) en el intervalo de temperatura ambiente. Para el material termoeléctrico de tipo Bi2Te3 de tipo n 44, el coeficiente Seebeck (Sn) fue de aproximadamente 180 pV/K mientras la conductividad eléctrica (s?) fue de aproximadamente 700 1/ (Q*cm) para un factor de energía (Pn) de aproximadamente 23 µ?/?/ (K2*cm) en el intervalo de temperatura
ambiente. Se debe observar que el grosor de los tramos termoeléctricos de tipo n 32 para los resultados ante mencionados fue de aproximadamente 15 µp?. Para el generador termoeléctrico 10 que tiene las propiedades mecánicas y eléctricas anteriormente observadas, las mejoras en la salida de energía se llevan a cabo y se documentan en las Figuras 8a-8f. Por ejemplo, para un diferencial de temperatura entre las placas superior e inferior 14, 12 de aproximadamente 5K, la salida de voltaje de circuito abierto puede estar en el intervalo de aproximadamente 4.0 V y aproximadamente 6.5 V con un valor medido de aproximadamente 5.2 V. Igualmente, la salida de corriente de cortocircuito puede estar en el intervalo de aproximadamente 60 µ? y aproximadamente 100 µ? con un valor medido de aproximadamente 76 µ?. La salida de energía eléctrica en el caso de una carga igualada para una modalidad preferida del generador termoeléctrico 10 se contempla como estando en el intervalo de aproximadamente 70 µ?? y aproximadamente 130 ?? a un diferencial de temperatura entre las placas superior e inferior 14, 12 de aproximadamente 5 K y un voltaje de entre aproximadamente 2.0 V a aproximadamente 3.5 V con un valor de medición de aproximadamente 2.6 V. Más particularmente, como se puede ver en las Figuras 8a-8f, las características de energía y los parámetros eléctricos para el generador termoeléctrico 10 varían de
acuerdo con el diferencial de temperatura entre la placa superior 14 y la placa inferior 14, 12. Por ejemplo, las Figuras 8a y 8d son gráficas de los parámetros eléctricos del generador termoeléctrico 10 para varios diferenciales de temperatura entre las placas superior e inferior 14, 12. Más específicamente, las Figuras 8a y 8d son gráficas del voltaje en voltios contra corriente eléctrica medido en microamperes . Como se puede ver en la Figura 8a, el generador termoeléctrico 10 proporciona un voltaje de circuito abierto de 5.2 voltios y una salida de corriente eléctrica de cortocircuito de 76.5 microamperes (µ?) a un gradiente de temperatura de 5 K. Las Figuras 8b y 8e son gráficas de la salida de energía en el caso de una carga igualada indicada en la gráfica como la relación de resistencia de una carga sobre la resistencia del generador termoeléctrico 10. Como se puede ver en la Figura 8b, para el caso o en la relación de la resistencia de la carga a la resistencia del generador termoeléctrico 10 es de aproximadamente 1, la salida de energía eléctrica es casi 100 microvatios ( W) a un diferencial de temperatura de 5 K a través de las placas superior e inferior 14, 12. Haciendo referencia las Figuras 8c y 8f, se muestran gráficas de salida de energía del generador termoeléctrico 10 en una carga igualada (es decir, la relación de la resistencia de la carga a la resistencia del generador termoeléctrico 10 es igual a l) a la diferencia de temperatura
a través de las placas superior e inferior 14, 12. Como se puede ver en la Figura 8c, el generador termoeléctrico 10 proporcionó una salida de voltaje de 2.6 voltios a un gradiente de temperatura de 5 K y una salida de energía de 100 pW en la carga igualada. Las mediciones se referencian en las Figuras 8a y 8f tomadas a temperaturas básicas de 30°C. Además, como se puede ver por la referencia a 8c, ambas la salida de energía y salida de voltaje del generador termoeléctrico 10 generalmente se incrementan con el incremento correspondiente en el gradiente de temperatura a través de las placas superior e inferior 14, 12. Haciendo referencia ahora más particularmente a las Figuras 6a a 7b, se muestran varias modalidades a través de las cuales los segmentos de lámina de extremo a extremo 16 pueden mecánica y eléctricamente conectarse. Como se mencionó anteriormente el ensamble de lámina 50 puede estar comprendido de una pluralidad de segmentos de lámina 16 dispuestos de extremo a extremo mecánica y eléctricamente conectados entre sí. Aunque los tramos termoeléctricos pueden depositarse en cualquiera de las superficies de sustrato frontal o trasero 40, 42 o en ambas de las superficies de sustrato 18, la deposición en solamente la superficie del sustrato frontal 40 puede ser ventajosa en que los tramos termoeléctricos pueden estar dispuestos en una dirección interior cuando se bobina espiralmente lo que da como resultado una tensión
termomecánica inferior en un lado interno del sistema de sustrato 18. Inversamente, debido a que los tramos termoeléctricos están depositados en el sustrato 18 mientras el sustrato 18 está en una orientación lisa o plana seguida por el bobinado subsecuente del sustrato 18 en un paquete redondo, las tensiones mecánicas relativamente altas se desarrollan en el lado externo (es decir, la superficie del sustrato trasero) según opuesto a las fuerzas mecánicas generadas en el interior (es decir, la superficie del sustrato frontal) del segmento de lamina 16 después del bobinado. La formación del cortocircuito entre las envolturas del ensamble lámina 50 se evita proporcionando una capa de cubiertas 72 en ambos lados de las tiras después de la deposición de los tramos termoeléctricos, como se describirá con mayor detalle más adelante. El bobinado del ensamble de lámina 50 puede incluir la creación de un núcleo hueco 82 en el centro del mismo. Se contempla que un diámetro mínimo para bobinar el ensamble de lámina 50 es de aproximadamente 1 mm que iguala al diámetro interno del núcleo hueco 82. Sin embargo, el generador termoeléctrico 10 deberá configurarse para contener o encasillar ciertos componentes tales como los circuitos electrónicos, después el núcleo hueco 82 puede alargarse para proporcionar hasta aproximadamente 80 mm (por ejemplo, el
tamaño de un reloj de pulsera o dispositivos similar) de tal forma que el ensamble de lámina 50 es provisto en más de una forma de anillo o forma de dona. Haciendo referencia aún a las Figuras 6a a 7b, la conexión de extremo a extremo de los segmentos de lámina adyacentes 16 puede facilitarse través del uso de una pluralidad de conectores 52 en el ensamble de lámina 50. Cada uno de los conectores 52 puede actuar como un divisor a través de la unión entre los segmentos de lámina adyacentes 16 y, a este respecto, puede estar dispuesto contra por lo menos una de las superficies de sustrato frontal y trasero 40, 42. Como se mencionó anteriormente, la estabilidad mecánica adicional es provista a través de la unión de un conector a ambas superficies de sustrato frontal y trasero. Los conectores 52 están configurados a por lo menos los extremos libre mecánicamente conectados de los segmentos de lámina adyacentes 16. Como se puede ver en la Figura 6b, se muestra un conector 52 para la conexión puramente mecánica de la superficie de sustrato trasero y la superficie de sustrato frontal de los segmentos de lámina de extremo a extremo 16. Aunque el sustrato 18 puede incluir tramos termoeléctricos en ambas superficies de sustrato frontal y trasero 40, 42, si la superficie de sustrato trasero 46 está vacia de tramos termoeléctricos, la unión del conector 52 tal como la que se
muestra la Figura 6b se facilita a través del uso de un adhesivo de ensamble 62 que es preferiblemente no eléctricamente conductivo y de baja conductividad térmica. El adhesivo de ensamble 62 es preferiblemente UV o un adhesivo curable a la luz visible tal como un epoxi o una goma de acrilato. Sin embargo, cualquier adhesivo conductivo no eléctrico adecuado con una baja conductividad térmica y los parámetros mecánicos apropiados puede utilizarse. Se contempla que los conectores 52 se fabrican de lámina de poliéster u otro material adecuado que es de baja conductividad térmica y que también es eléctricamente no conductivo. El conector 32 puede fabricarse de material de lámina de poliéster transparente UV. El dimensionamiento del conector 52 es preferiblemente de tal forma que el conector 52 tiene una longitud relativamente pequeña que se mide de lado a lado como se muestra en las Figuras 6b y 6c. La pequeña longitud es deseable en el conector con el fin de reducir el flujo de calor parasítico 48. Sin embargo, la estabilidad mecánica entre los segmentos de lámina 16 se mejora a través del uso de un conector más grande 52. Una longitud ilustrativa de uno de los conectores 52 para unirse a la superficie de sustrato trasero 42 es de aproximadamente 1500 µp? aunque el conector 52 puede ser provisto en cualquier longitud. El conector 52 puede fabricarse de un material de lámina de poliéster que tienen un grosor que es preferiblemente menor
que el del sustrato 18, y más preferiblemente que es de aproximadamente 12 µp?. La unión del conector 52 a través del adhesivo de ensamble 62 puede facilitarse mediante el pre-tratamiento de por lo menos un lado del conector 52 con el fin de incrementar la adhesión del conector 52 al ensamble y el adhesivo eléctrico también para incrementar la adhesión entre los contactos metálicos 54 y el conector 52. Los contactos metálicos 54 son para eléctricamente conectar los segmentos de lámina 16, como se describirá con mayor detalle más adelante. Los conectores 52 son preferiblemente de una altura generalmente equivalente a la del sustrato 18 con el fin de facilitar la interconexión entre los segmentos de lámina 16. Como se puede ver en la Figura 6b, los contactos metálicos 54 pueden omitirse del conector 52 que preferiblemente se instala en un lado del sustrato 18 careciendo de tramos termoeléctricos. La Figura 6c de ilustra una ubicación de la configuración del contacto metálico 54 que facilita eléctricamente conectar los tramos termoeléctricos. Haciendo referencia a la Figura 6c, se muestra el conector 52 que tiene contactos metálicos 54 dispuestos sobre el mismo. Los contactos metálicos 54 son preferiblemente de un grosor dentro del intervalo uno (1 µp?) a aproximadamente cinco (5) µp? de níquel y pueden estar cubiertos de una capa delgada (por ejemplo, 100 nanómetros (nm) ) de oro que puede
depositarse a través de procedimientos de película delgada apropiados (por ejemplo, rociado, evaporación térmica, etc.) o a través de procedimientos de película gruesa. Haciendo referencia ahora las Figuras 6a y 7a, se muestran los extremos libres adyacentemente dispuestos de los segmentos de lámina 16 a ser unidos. Además de los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p alternos 32, 34 dispuestos en el sustrato 18, los contactos extremos 76 preferiblemente incluyen también el borde superior e inferior 58, 60 de sustrato 18 con el fin de proporcionar medios para conectar los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p más remotos 32, 34 en cada uno de los segmentos de lámina 16. A este respecto, el contacto extremo 76 proporciona medios para eléctricamente conectar por lo menos un tramo termoeléctrico de n y tipo p 32, 34 dispuesto adyacente a los extremos libres de cada uno de los segmentos de lámina 16. Los conectores 52 después se pueden utilizar para proporcionar una trayectoria conductiva a través de los contactos extremos empalmados 76 de los segmentos de lámina adyacentes 16. A este respecto, los contactos metálicos 54 pueden ser similares en tamaño a los puentes metálicos lateral caliente y lateral frío 26, 28 que se utilizan para interconectar los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 a lo largo de los segmentos de aluminio 16. Los contactos metálicos 54 se dimensionan y configuran para
eléctricamente conectar el extremo termoeléctrico de tipo n más remoto 32 de uno de los segmentos de lámina 16 a uno de los tramos termoeléctricos de tipo p más remoto 34 de uno de los segmentos de lámina adyacente 16. La configuración se ilustra en la Figura 7a en donde el segmento de lámina más hacia la izquierda 16 incluye un puente metálico en el borde superior 58 conectado al tramo termoeléctrico del tipo p. En la Figura 7a, el segmento de lámina más hacia a la derecha 16 incluye un puente metálico en el borde superior 58 del segmento de lámina 16 que conecta el tramo termoeléctrico de tipo n 32. Además, el borde inferior 60 de cada uno de los segmentos de lámina 16 incluye un puente metálico lateral frió 28 que no está conectado a ninguno de los tramos termoeléctricos de tipo n o tipo p 32, 34 pero que es provisto para balancear las fuerzas mecánicas y crear una simetría de grosor entre los borde superior e inferior 58, 60 del ensamble de lámina 50 en las uniones de lámina 56. El grosor de simetría facilita el enlace de los conectores 52 a los segmentos de lámina en la unión de la lámina 56. Haciendo brevemente referencia la Figura 7d, se muestra una modalidad preferida para enlazar el conector 52 al segmento de lámina 16 con el fin de proporcionar conexión mecánica y eléctrica entre ellos. Más específicamente, la Figura 7b ilustra una capa de adhesivo de ensamble 62 dispuesta sobre los contactos extremos 76 de los borde
superior e inferior 58, 60, respectivamente. El adhesivo de ensamble 62 es preferiblemente de baja conductividad térmica y eléctricamente no conductivo y se adapta para unir una porción media del conector 52 a por lo menos una de las superficies del sustrato frontal y trasero 40, 42 con el fin de mecánicamente conectar los extremos libres de los segmentos de lámina adyacentes 16. En los borde superior e inferior 58, 60 a lo largo de los contratos extremos 76 está una capa de adhesivo eléctrica 64 que es preferiblemente térmicamente conductiva baja y que está configurada para unir los contactos metálicos 54 en los borde superior e inferior 58, 60 del conector 52 a los contactos extremos respectivos 76 de los segmentos de lámina de unión 16. El adhesivo eléctrico 64 es preferiblemente UV o un adhesivo curable con luz visible tal como epoxi o una goma de acrilato. Sin embargo, cualquier adhesivo conductivo eléctricamente adecuado puede utilizarse con los parámetros mecánicos apropiados. La configuración mostrada en la Figura 7b proporciona un método para simplemente conectar los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p más remotos 32, 34 eléctricamente en serie. Sin embargo, en el interés de proporcionar una redundancia con el fin de evitar la falla del dispositivo termoeléctrico en el caso de una pobre conexión eléctrica entre ambos segmentos de lámina, se muestra una configuración de unión alternativa en la Figura 6a y 6d que
incrementa la redundancia del contacto eléctrico entre los segmentos del de lámina adyacentes 16. Más específicamente, la configuración de unión mostrada en la Figura 6a proporciona que el contacto extremo 76 se extienda a lo largo de por lo menos uno de los borde superior e inferior 58, 60 adyacente al extremo libre del segmento de lámina 16. El contacto extremo 76 está preferiblemente conectado de manera eléctrica a uno de los tramos termoeléctricos de tipo n 32 y uno de los tramos termoeléctricos de tipo p 34 está dispuesto más cerca del extremo libre del segmento de lámina 16. Después de la aplicación de la configuración del conector 52 mostrado en la Figura 6c, utilizando la aplicación descrita anteriormente del adhesivo de ensamble y eléctrico 64s, por lo menos uno de los contactos metálicos 54 se configura para eléctricamente conectarse en el par más remoto de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo P 32, 34 del segmento de lámina más hacia la izquierda 16 a un par más remoto de los tramos termoeléctricos de tipo n y de tipo p 32, 34 del segmento de lámina a mano derecha 16. Haciendo referencia brevemente a la Figura 6d, se muestra un patrón a través del cual el adhesivo de ensamble y eléctrico 64 se pueden aplicar que es similar al que se muestra la Figura 7d para una versión redundante individual de la unión de lámina 56. Haciendo referencia brevemente a la Figura 6d y 7b,
se muestran ahí aberturas o ventanas 74 en la capa de cubierta 72. Como se mencionó anteriormente, la capa de cubierta 72 se aplica sobre los tramos termoeléctricos y el sustrato 18 después del procedimiento de deposición. Las ventanas 74 se pueden crear a través de un enmascaramiento apropiado u otro paso de fabricación adecuado con el fin de eliminar localmente la capa de cubierta eléctricamente no conductiva 72. La capa de cubierta 72 principalmente es prevista para evitar el contacto eléctrico entre las envolturas sucesivas del ensamble de lámina 52 cuando se bobina espiralmente . También, la capa de cubierta 72 proporciona estabilización mecánica a los tramos termoeléctricos, protege contra la oxidación y la corrosión, y limita el contacto químico, etc. Como se puede ver en .las Figuras 6d y 7b, las ventanas 74 se pueden configurar para ser ligeramente más pequeñas en tamaño que el contacto metálico 54 de conector 52 al cual el contacto extremo 76 se va a unir eléctricamente. Por ejemplo, si los contactos extremos 76 y/o contactos metálicos 54 tienen una altura de aproximadamente 150 µp?, se contempla que las ventanas 74 en la capa de cubierta 72 sobre los contactos extremos 76 es de aproximadamente 120 m de altura. A este mismo respecto, la ventana 74 puede tener una longitud de aproximadamente 220 m que es compatible con la longitud de los contactos metálicos 54 de los conectores 52. Haciendo referencia con respecto a la
longitud general del conector 52, cualquier dimensión adecuada puede ser provista pero puede ser preferiblemente de aproximadamente 500 µp? para los conectores 52 que tienen los contactos metálicos 54 depositados sobre ellos. Como se mencionó anteriormente, la longitud del conector 52 montado sobre la superficie de sustrato trasero 42 (es decir, que puede carecer de tramos termoeléctricos) puede generalmente ser más grande y puede estar en el orden de aproximadamente 1500 µp?. Haciendo referencia de nuevo las Figuras 4a y 5a, se muestra una vista transversal del generador termoeléctrico 10 que ilustra las envolturas de los segmentos de lámina 16 encapsuladas entre las placas superior e inferior 14, 12. Como se mencionó anteriormente, el bobinado del ensamble de lámina 50 en el paquete redondo da como resultado la generación de un núcleo hueco 82 que preferiblemente se llena con un relleno eléctricamente no conductivo 68 de conductancia térmica baja. El relleno 68 puede actuar para prevenir la creación de fuerzas mecánicas debido al diferencial de presión creado entre el interior del núcleo 82 y la parte externa de las placas superior e inferior 14, 12. Alternativamente, la Figura 5a muestra una perforación 80 formada en por lo menos una de las placas superior e inferior 14, 12 para facilitar la inserción de los circuitos electrónicos o cualquier otro componente adecuado.
En la configuración mostrada en la Figura 5a, el circuito electrónico puede insertarse primero en el núcleo hueco 82 y después llenarse con el relleno 68. El sellador 70 también puede proveerse en el perímetro del núcleo hueco 82 para evitar la conductancia eléctrica y térmica al ensamble de lámina 50. El relleno 68 puede estar comprendido de cualquier material adecuado y es preferible el material que tiene una baja conductividad térmica tal como un material elástico o no elástico que incluye adhesivos y/o espumas, esferas de vidrio huecas (por ejemplo, micro balones) o cualquier mezcla o combinación de éstos. Con respecto al circuito electrónico, éste puede integrarse en el generador termoeléctrico 10 y también puede ser energizado de ese modo para representar una porción de o una solución completa a un sistema de administración de energía electrónico para una aplicación electrónica final del generador termoeléctrico 10. Además se contempla que el ensamble de lámina espiralmente bobinado 50 puede formar un anillo alrededor del circuito electrónico. En esta forma, el tamaño total del circuito electrónico se determina del diámetro interno mínimo del núcleo hueco 82. Sin embargo, se contempla que los componentes electrónicos adicionales que también forman parte del circuito electrónico pero que no se pueden colocar dentro del núcleo hueco 82 pueden más bien disponerse y adaptarse en la parte externa del generador
termoeléctrico 10 como una unidad separada y pueden montarse sobre la placa superior y/o inferior 14, 12. Además, una batería de película delgada puede depositarse dentro de por lo menos una de las placas superior e inferior 14, 12. En esta forma, las placas superior e inferior 14, 12 pueden actuar como sustrato para la batería de película delgada que puede adaptarse para ajustarse dentro del núcleo hueco 82. Alternativamente, la batería de película delgada puede adaptarse para ajustarse dentro del núcleo hueco 82. Alternativamente, la batería de película delgada puede configurarse para extenderse a través de cualquiera o todas las porciones de por lo menos una de las placas superior e inferior 14, 12. El circuito electrónico puede comprender un sistema de administración de baja energía electrónico y/o la aplicación electrónica final y puede incluir varios dispositivos tales como un reloj de pulsera, un medidor de presión de pulso/sangre y otros dispositivos médicos, dispositivos RFID, así como dispositivos sensores que también pueden ser provistos en el formato de tecnología RF. El circuito electrónico en la forma de sistemas de administración de energía puede estar integrado con el fin de procesar la energía generada por el generador termoeléctrico 10 y también para proporcionar una fuente de energía estable y temporal para la aplicación electrónica final. Idealmente, el sistema
de administración de energía por sí mismo deberá consumir tan poca energía como sea posible y puede comprender las siguientes características: protección de voltaje en exceso, almacenamiento de energía, protección contra voltajes termoeléctricos inversos y corrientes eléctricas inversas, un rectificador para convertir los voltajes termoeléctricos inversos, protección de bajo voltaje para aplicaciones electrónicas, y administración de almacenamiento de energía para aplicación electrónica (por ejemplo, reloj' de pulsera). La protección del voltaje en exceso puede facilitarse por medio de un diodo o series de diodos conectados en una dirección hacia delante y paralela a la aplicación electrónica final. El almacenamiento de energía puede facilitarse por medio de varios componentes electrónicos que incluyen un capacitor (baja fuga, tipos de alta capacidad y tipos de súper capacitor) , o una batería de película delgada recargable de una combinación de ambos dispositivos. La protección contra voltajes inversos puede facilitarse a través del uso de un diodo que tiene un voltaje hacia delante bajo, tal como un diodo Schottky, conectado en una dirección hacia delante y en serie con el generador de termoeléctrico 10. El rectificador puede ser provisto para convertir los voltajes inversos y puede facilitarse a través del uso de varios componentes tales como por ejemplo un Puente Graerz (por ejemplo, un arreglo de 4 diodos) de tal forma que los
voltajes termoeléctricos inversos pueden utilizarse para energizar ciertos electrónicos. Además, el rectificador puede facilitar el bloqueo de corrientes eléctricas inversas generadas por un sistema de administración de baja energía electrónico y/o por la aplicación electrónica final. La protección de bajos voltajes de la aplicación electrónica final se puede facilitar a través del uso de un circuito comparador. El circuito comparador puede configurarse para interrumpir la energía producida por el generador termoeléctrico 10 si un voltaje operativo de la aplicación electrónica final cae por debajo de un voltaje de umbral. La administración de almacenamiento de energía puede ser crítica para el uso óptimo del generador termoeléctrico 10. A este respecto, se desea configurar el sistema de administración de almacenamiento de energía de tal forma que la energía puede ser provista a través del generador termoeléctrico 10 cuando es necesario pero también se puede almacenar para evitar el desperdicio de la energía en exceso. Se contempla que la administración de almacenamiento de energía puede realizarse utilizando un circuito electrónico que proporciona energía en una capacidad de almacenamiento dependiendo de los requerimientos del nivel de voltaje. Las partes o el circuito completo de un sistema de administración de baja energía electrónico se pueden facilitar como ASIC (es decir, circuito integrado específico de aplicación) para la mejora de la
densidad de integración y funcionalidad y para la reducción de consumo de energía. Haciendo referencia aún a las Figuras 4a y 5a el generador termoeléctrico 10 puede incluir una capa de sellador 70 que se extiende alrededor de la porción circunferencial externa del segmento de lámina 16 entre las placas superior e inferior 14, 12. El sellador 70 es preferiblemente eléctricamente no conductivo y de una baja conductancia térmica. El sellador 70 está preferiblemente configurado para incrementar la protección del generador termoeléctrico 10 contra absorción de humedad, corrosión, contaminación de fluido, residuos a así como sellado contra otros elementos indeseables. El sellador 70 se puede aplicar en el área externa del ensamble de lámina 50 y también adicionalmente en el área del núcleo hueco 82 así como rellenar la perforación 80 en cualquiera de las placas superior o inferior 14, 12. En la fabricación del generador termoeléctrico 10 de la presente invención, un paso inicial puede incluir la preparación de sustrato 18 y puede comprender el recorte del sustrato 18 en piezas apropiadamente dimensionadas , seguido por un proceso de endurecimiento y pegado del sustrato 18 sobre marcos para soportarlos sobre los mismos. Los sustrato 18 puede ser cualquier material adecuado y es preferiblemente cinta Kapton. Después de formar las estructuras del sustrato 18 y después del procedimiento de endurecimiento, el material
termoeléctrico de tipo p 44 se deposita sobre el sustrato 18. El paso de deposición comprende la preparación de una cámara al vacio y grabador de plasma e inserción de objetivo y controladores de microplaqueta en la cámara al vacio. Como se mencionó anteriormente, el material termoeléctrico de tipo p 44 es preferiblemente de tipo telururo de bismuto con las cantidades de exceso de Te anteriormente descritas. Después del grabado en seco del plasma, el rociado en frío del material termoeléctrico del tipo p 40 se lleva a cabo a temperatura ambiente. El roció caliente después se lleva a cabo con el fin de incrementar el crecimiento del cristal del material termoeléctrico de tipo p 44. El procedimiento de rociado frío y caliente puede alternarse cualquier número de veces (preferiblemente 3 veces cada vez) con el fin de proporcionar un factor de energía óptimo para el material termoeléctrico depositado 44. Después de la deposición del material termoeléctrico de tipo p 44, la fotolitografía del mismo se lleva a cabo a través de la aplicación y estructuración foto resistente. El material termoeléctrico de tipo p 44 después se estructura a través de grabados seguido por separación foto resistente. La deposición del material termoeléctrico de tipo n 44 después se lleva a cabo en la cámara de vacío con un grabador de plasma utilizando objetivos del material de bismuto—telururo apropiado. Como se mencionó anteriormente,
cada material genético de tipo n 44 es preferiblemente del tipo telururo de bismuto con las cantidades anteriormente descritas de exceso de Te y Se. El rociado frió y caliente alternativo también puede llevarse a cabo con el fin de proporcionar una capa óptima de material termoeléctrico de tipo n 44. Después de la fotolitografía y la estructuración a través del grabado del material termoeléctrico de tipo n 44, se lleva a cabo la fotolitografía de levantamiento seguida por la deposición de la capa de oro niquelado para los puentes metálicos frío y caliente 26, 28, los contactos extremos 76 de los segmentos de lámina 16 y los contactos metálicos 54 de los conectores 52. Después de la estructuración de levantamiento, la fotolitografía para generar la capa de cubierta 72, el endurecimiento, y el recorte de la microplaqueta en segmentos de lámina 16, los segmentos de lámina 16 pueden ensamblarse de extremo a extremo. El procedimiento de ensamble del segmento de lámina puede iniciarse con la adhesión del conector 52 similar al mostrado en la Figura 6b a por lo menos una de las superficies del sustrato frontal y trasero 40, 42 utilizando adhesivo de ensamble 62 en la ubicación mostrada en la Figura 6e. La conexión mecánica y eléctrica de los segmentos de lámina 16 después se puede llevar a cabo adhiriendo el conector 52 mostrado cómo se configura la Figura 6e a la superficies del sustrato frontal 40 en donde se aplica el adhesivo eléctrico
64 para extenderlo entre los tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p más remotos de segmentos de lámina adyacentemente depositados. Alternativamente, si los contactos extremos 76 y los contactos metálicos 54 son provistos en los segmentos de lámina en los patrones mostrados en las Figuras 6d y 6e, el adhesivo eléctrico 64 puede aplicarse para unir los contactos metálicos a por lo menos uno de los contactos extremos de uno de los segmentos de lámina para mejorar la conexión eléctrica. El adhesivo eléctrico 64 puede curarse a , través de cualquier medio adecuado tal como en un horno. Después de la interconexión de las series de segmentos de lámina 16, el ensamble de lámina 50 puede bobinarse espiralmente en una forma redonda y después puede unirse a las placas superior e inferior 14, 12 tal como a través del uso del adhesivo térmico 66 que puede curarse a través de cualquier medio adecuado tal como un horno de convección. El adhesivo térmico 66 puede ser UV, o adhesivo curable en la luz visible tal como epoxi o una goma ° de acrilato, si las placas superior o inferior 14, 12 consisten de UV o materiales transparentes a la luz visible tales como cerámicas. Sin embargo, cualquier adhesivo conductivo no eléctricamente adecuado con una alta conductividad térmica puede utilizarse con los parámetros mecánicos apropiados Los contactos extremos metálicos más remotos en los extremos opuestos terminales del ensamble de lámina 50 después
se pueden conectar a las placas superior e inferior respectivas 14-12 de tal forma que las placas superior e inferior 14, 12 pueden servir como contactos eléctricos para que el dispositivo sea energizado. Los contactos pueden ser funcional y estructuralmente similares a los contactos de una batería de reloj de pulsera convencional. El sellado del dispositivo después se lleva a cabo con el fin de proteger el generador termoeléctrico 10 contra humedad, químicos, influencia mecánica y cualquier otro residuo que pueda afectar adversamente su operación. El un procedimiento de fabricación alternativo, se contempla que se puede fabricar un segmento de lámina alargado para un generador termoeléctrico utilizando técnicas de procesamiento de rodillo a rodillo con el fin de depositar un arreglo de tramos termoeléctricos de tipo n y tipo p sobre por lo menos una de las superficies de sustrato frontal y trasero del material de sustrato. El procesamiento de rodillo a rodillo puede ser similar al descrito en la Patente de E. U. A. No. 6,933,098, emitida el 23 de agosto del 2005 a Chan-Park y otros e titulada PROCESS FOR ROLL-TO-ROLL MANUFACTURE OF A DISPLAY BY SYNCHRONIZED PHOTOLITHOGRAPHIC EXPOSURE ON A SUBSTRATE WEB, el contenido total de la cual se incorpora expresamente en la presente por referencia. Los puentes metálicos y los contactos extremos pueden igualmente depositarse en por lo menos una de las superficies de sustrato
frontal y trasero utilizando técnicas de procesamiento de rodillo a rodillo similares. Igualmente, la fabricación de los conectores que puede ya sea incluir u omitir contactos metálicos también se puede fabricar durante el procesamiento de rodillo a rodillo. Las modificaciones y mejoras adicionales de la presente invención también pueden ser evidentes para los expertos en la técnica. De esta forma, la combinación particular de partes descritas e ilustradas de la presente pretende representar solamente ciertas modalidades de la presente, y no pretende servir como limitaciones de los dispositivos alternativos dentro del espíritu y alcance de la invención . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.