Poiché la maggior parte dei meccanismi di guasto dei LED dipende dalla temperatura, la temperatura di giunzione del semiconduttore deve essere mantenuta bassa per garantire buone prestazioni e affidabilità. In generale, la progettazione di un sistema termico include la considerazione della corrente di pilotaggio, delle condizioni operative ambientali, delle resistenze termiche di tutti i componenti lungo il percorso termico e di tutte le resistenze di interfaccia associate. Il funzionamento dei LED a correnti di pilotaggio elevate e temperature ambiente elevate senza compromettere l'emissione luminosa e l'affidabilità richiede un'efficiente rimozione del calore dalla giunzione del semiconduttore all'ambiente circostante. Il calore fluisce sempre dalle regioni a temperatura più alta verso le regioni a temperatura più bassa finché non viene raggiunto un equilibrio termico. Pertanto, il compito della gestione termica è ridurre l'impedenza termica del sistema di illuminazione. L'impedenza termica è la misura della resistenza totale al flusso di calore lungo un percorso termico. Include tutta la resistenza termica a livello di componente e interfaccia.
Un tipico progetto termico per un sistema di illuminazione a LED consiste nella gestione termica a livello di pacchetto e di sistema. La gestione termica a livello di pacchetto gestisce la resistenza termica giunzione-substrato e l'affidabilità termica dell'interconnessione di saldatura tra i LED e il circuito stampato con nucleo in metallo (MCPCB). La gestione termica a livello di sistema gestisce il trasferimento di calore dall'MCPCB attraverso un dissipatore di calore all'ambiente circostante. Per massimizzare il flusso di calore dall'MCPCB al dissipatore di calore, un materiale di interfaccia termica (TIM), che può essere un grasso, una resina epossidica o un tampone, viene posizionato tra i due componenti per riempire le intercapedini e i vuoti dell'interfaccia. Il ruolo del dissipatore di calore per estrarre il calore disperso dall'MCPCB nel modo più efficiente possibile nell'aria ambiente in modo che non si verifichi accumulo termico all'interno dei pacchetti LED. Per fare ciò, le velocità di trasferimento termico del dissipatore di calore devono superare la velocità di carico con cui l'energia termica viene introdotta nella giunzione.
