随着厚膜传感器不断向着微型化、集成化、非标准化方向的发展，厚膜传感器制造业迫切需要发展一种能在无掩膜的条件下，快速制备出小尺寸、高精度、高可靠性传感器的新技术。在国家“863”高技术研究发展计划资助项目和国家自然科学基金的资助下，本文在国内外率先提出微笔-激光复合直写快速制造厚膜传感器技术，实现了在陶瓷基板上集成制造厚膜温度传感器、微加热器和厚膜气敏传感器，并系统研究了复合直写过程中的关键科学问题。主要研究结果总结如下：本文将微笔直写技术与激光微熔覆电子浆料技术相结合，利用微笔直写技术将浆料按图形轨迹预置在基板上，烘干后，激光沿微笔运动轨迹对浆料进行加热，再用有机溶剂清洗激光未辐照区域，就得到所要图形。选用激光微熔覆作为微笔直写的后续工艺，不仅不需要将整个样品放炉中高温烧结，还可以进一步缩小微笔直写线条的线宽，制得更精细的图形。目前微笔直写后，激光微熔覆制得的厚膜PTC热敏电阻最小线宽为40μm。根据微笔-激光复合直写技术的基本特点，研究并开发出相应的复合直写设备。该设备主要由Nd：YAG准连续激光器、微笔直写系统和三维运动工作台组成。在机床Z轴上合理设计激光光路和微笔安装工位，将激光加工与微笔直写集成到同一台机床上，由数控系统控制工作平台的运动速度与方向，完成微笔直写和激光微熔覆工作。其中，控制系统采用“NC嵌入PC”型开放式数控结构，适应数控系统发展的潮流，使整个复合直写系统具有很大的灵活性和可移植性。配备了“旁轴CCD+监视器”的工件定位系统，采用直写标记法测定微笔与激光的相互坐标，确保不同加工工具加工轨迹重合。该系统还可以供其它激光精密加工使用。用流变学理论分析、建立了微笔直写电子浆料成型的理论模型。用正交实验的方法，对影响微笔直写线宽的主要工艺参数进行了排序，按主次顺序排列，依次为浆料粘度、直写速度、笔头内径、驱动气压、笔头端面到基板表面的垂直距离。影响膜厚的主要因素是笔头端面到基板表面的垂直距离。通过对厚膜PTC热敏电阻浆料、电热浆料和气敏浆料热分析，证明了功能电子浆料在激光微熔覆过程中的变化特征与炉中烧结相似。激光功率密度对功能电子浆料电性能影响规律与炉中烧结温度对其影响规律相似。激光微熔覆电子浆料的过程实质上就是激光与电子浆料的热耦合过程，过程中有液相出现，由于激光束与浆料作用的时间极短，该过程实质是瞬时液相烧结。激光强度分布的不均匀性会导致浆料膜层出现波状起伏的现象；膜层较厚时，冷却的不均匀会造成膜层表面开裂。系统地分析了激光微熔覆热敏电阻浆料、电热浆料和气敏浆料的质量控制规律。目前激光微熔覆制得的厚膜PTC热敏电阻电阻-温度系数可达2965×10^-6/℃，其性能与传统的炉中烧结相当。激光功率密度和后续热处理温度对PTC热敏电阻方阻和电阻温度系数影响较大，激光功率密度最佳值为1．5×10⁶W/cm²，后续热处理温度最佳值为400℃。激光微熔覆制备的微加热器加热温度最高可达到500℃，“螺旋”形微加热器升温、降温速度分别为7℃s^-1和4℃s^-1。激光功率的大小对SnO₂气敏膜的微观结构和气敏性能有重要的影响。激光微熔覆制备的气敏膜在工作温度250℃下对2000ppm酒精蒸汽的响应度最大，为8．6，其响应时间和恢复时间分别为7s和20s；传统烧结的气敏膜（膜厚为8．5μm）响应度为7．4，响应时间和恢复时间分别为10s和25s；并尝试用TO-6管对气敏传感器进行了封装，证明了微笔-激光复合直写的器件与传统封装工艺是相容的。本文所研究开发的微笔-激光复合直写技术开辟了一种快速、无掩模、制造效率高的柔性直写厚膜传感器新途径。该技术在新品研发和小批量非标生产厚膜传感器场合，比传统工艺方法生产成本更低，生产效率更高，具有十分广阔的发展空间和应用前景。