Da die meisten LED-Ausfallmechanismen temperaturabhängig sind, muss die Halbleitersperrschichttemperatur niedrig gehalten werden, um eine gute Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Im Allgemeinen umfasst das Design eines thermischen Systems die Berücksichtigung des Antriebsstroms, der Umgebungsbetriebsbedingung, der thermischen Widerstände aller Komponenten entlang des thermischen Pfads und aller zugehörigen Schnittstellenwiderstände. Der Betrieb von LEDs bei hohen Treiberströmen und hohen Umgebungstemperaturen ohne Beeinträchtigung der Lichtleistung und Zuverlässigkeit erfordert eine effiziente Wärmeabfuhr vom Halbleiterübergang zur Umgebung. Wärme fließt immer von Regionen höherer Temperatur zu Regionen niedrigerer Temperatur, bis ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist. Die Aufgabe des Thermomanagements besteht also darin, die thermische Impedanz des Beleuchtungssystems zu reduzieren. Die thermische Impedanz ist das Maß für den Gesamtwiderstand gegen den Wärmefluss entlang eines thermischen Pfades. Es umfasst den gesamten thermischen Widerstand auf Komponenten- und Schnittstellenebene.
Ein typisches Wärmedesign für ein LED-Beleuchtungssystem besteht aus Wärmemanagement auf Gehäuse- und Systemebene. Das Wärmemanagement auf Gehäuseebene regelt den Wärmewiderstand zwischen Verbindung und Substrat und die thermische Zuverlässigkeit der Lötverbindung zwischen den LEDs und der Metallkern-Leiterplatte (MCPCB). Das Wärmemanagement auf Systemebene regelt die Wärmeübertragung von der MCPCB über einen Kühlkörper an die Umgebung. Um den Wärmefluss von der MCPCB zum Kühlkörper zu maximieren, wird ein thermisches Schnittstellenmaterial (TIM), das ein Fett, Epoxid oder ein Pad sein kann, zwischen den beiden Komponenten platziert, um Luftspalte und Hohlräume an der Grenzfläche zu füllen. Die Rolle des Kühlkörpers, die Abwärme von der MCPCB so effizient wie möglich an die Umgebungsluft abzuführen, damit keine Wärmestaus innerhalb der LED-Gehäuse entstehen. Dazu müssen die Wärmeübertragungsraten des Kühlkörpers größer sein als die Lastrate, mit der Wärmeenergie in die Verbindungsstelle eingebracht wird.
