LED照明由于具有效率高、能耗低、寿命长、环保等诸多优点而被视为第四代照明光源。对于不同的使用环境,LED芯片散热存在不同的限制条件,需要不同的热设计方案。随着单颗LED芯片功率的不断提高,需要有更好的封装结构设计来满足越来越苛刻的散热要求。复杂外形大功率LED路灯,由于灯具阻碍空气流动,难以通过自然对流方式散热。提出热管鳍片散热方案,将热量通过热管传导到空气流动通畅的空间,通过热管上附着的鳍片完成自然对流换热。优化鳍片间距和鳍片尺寸,强化自然对流散热。针对车用大功率LED照明灯,提出了水冷热沉散热设计。通过数值模拟方法,指出了进口流量、结温和水泵功率三者的关系。比较了热沉内部串联方式、伪串联方式、并联方式和伪并联方式四种水道的优劣。研究了并联方式中鳍片厚度、进口流量等因素对散热的影响。研究了并联方式中结温与各条分水道流速的相对标注偏差(RSD, Relative Standard Deviation)值之间的关系和降低RSD值的方法,并指出分流因子K是影响RSD值的最显著因素。对PN结至热沉热传导的各个环节热阻进行了分析。通过测量DCB基板和Cu-TIM-Cu结构热扩散系数计算了DCB基板内部和TIM层的接触热阻。老化Cu-TIM-Cu结构并测量其热扩散系数,研究散热结构在长期热载荷下的热阻变化。提出了实际热流热阻概念,指出由于热流限制,DCB基板实际热流热阻比理论热阻高一个数量级。基板刻蚀型反光杯设计用以降低DCB基板实际热流热阻。水冷散热方式时,热阻主要由热传导环节构成,芯片和chip TIM层热阻最大。通过间接计算,指出LED芯片5μm厚多层膜结构的当量导热系数为0.9155W/(m·K)。放大衬底垂直结构LED设计可以使热流在芯片衬底内有一定横向扩散,芯片衬底、chip TIM层和DCB基板的实际热流热阻均有降低。