聚合物微器件作为新兴的微电子机械系统器件（MEMS）凭借其独特的材料性能优势正面临快速的发展。与传统的硅基MEMS器件相比，聚合物材料的种类更丰富，性能选择范围更广，加工成本更低廉，是新兴的微流控芯片的主流基底材料，可广泛应用于生命科学、化学、药物和环境检测等领域中的MEMS器件的加工。进一步降低加工成本成了影响微流控芯片应用的关键因素。超声微焊接压印工艺是一种高效率、低成本的聚合物微结构/器件加工方法，其机理及工艺研究具有重要的理论意义与应用价值。当前超声加工在聚合物微器件领域的应用多局限在硬质PMMA或PC板上的超声微压印和微流控芯片热辅助超声焊接键合，加工质量难以控制，结构形式单一。本文以提高压印质量及创新工艺方法为目的，系统地研究了超声微焊接压印工艺中的微结构成型机理及微流控芯片、模塑互连器件和微流传感器的设计加工方法，取得了如下创新性成果：基于热塑性聚合物的热力学理论和超声微焊接压印工艺特点，分析了热塑性聚合物在超声振动载荷作用下的热能产生机理，揭示了超声振动作用下的热塑性聚合物的热力学状态变化过程，以及在模具微腔体内的流动机理和微结构缺陷的形成原因。提出了基于多层聚合物薄膜的超声微焊接压印工艺，通过理论分析与实验对比优化了模具结构；以微结构复制精度为研究对象，通过实验分析了多种不同聚合物薄膜在超声微焊接压印工艺中的成型特点；通过正交实验研究了超声振幅、超声时间、压力、保压时间等工艺参数对微结构填充率及灼烧现象的影响规律。以微流控芯片为研究对象，设计加工了微流道的压印模具，并应用超声微焊接压印工艺完成了微流道的压印与键合；提出了一种新型嵌入式密封微流控芯片的设计加工方法；根据超声微焊接压印工艺的微结构成型特点，提出并验证了其具备的微模塑功能，扩展了超声微焊接压印工艺的应用范围。以聚合物薄膜电路板为研究对象，通过实验研究了金属箔导线在超声微焊接压印工艺中的成型特点，分析了模具结构、金属箔材料、聚合物材料、工艺参数对金属箔导线成型质量的影响规律；基于超声微焊接工艺提出了电子元器件在聚合物电路板上的导电胶连接方法，并通过变温测试及变载荷测试验证了导电胶连接方法的稳定性与可靠性。设计加工了热线式风速计微流传感器和测热式微流传感器，通过标定实验确定了传感器的流速测量范围，证明了超声微焊接压印工艺在微流传感器加工中的低成本优势；设计开发出聚合物薄膜精细导线，并作为加热元件与测热元件集成到微流控芯片中制作微流传感器，测试结果证明了传感器的有效性。上述研究成果有助于揭示超声微焊接压印工艺的微结构成型机理并丰富了微器件设计加工方法，对促进聚合物微器件的产业化有重要意义。