高功率、高热流密度的LED路灯是白光LED在照明领域发展的必然趋势,然而,散热问题制约了大功率LED路灯的进一步推广,影响大功率LED散热的主要因素是芯片封装结构和外部散热器,因此,从芯片级和系统级分别入手研究大功率LED的散热难题具有重要意义。本文针对倒装焊芯片展开等效热路分析,确定衬底层是影响其散热的关键因素。运用有限元软件ANSYS对芯片进行传热模拟,分别验证常用的三种衬底材料蓝宝石、硅及碳化硅对芯片热阻的影响,并模拟蓝宝石和碳化硅衬底的厚度变化对芯片热阻的影响,结果显示上述材料对应的芯片热阻从高至低依次为:蓝宝石、硅和碳化硅;蓝宝石作为衬底时芯片热阻随衬底厚度近似线性变化,而碳化硅作为衬底时芯片热阻随衬底厚度近似呈抛物线变化。模拟结果从散热的角度给出了芯片封装最佳衬底材料及其厚度。路灯系统的散热分析首先简化物理模型,展开热阻研究建立数学模型,提出采用翅片散热器与平板微热管阵列组合来设计新型散热器,设计实验测试微热管的传热特性,并推导出新型散热器的总热阻表达式,进行散热器的参数设计,给出芯片结温的计算方法。对新型散热器进行优化设计,首先选取影响系统散热的最主要因素为待优化变量,以芯片结温和散热器重量作为优化目标,应用遗传算法展开优化,得到4组pareto最优参数。在计算流体力学软件ANSYS Icepak中模拟检验优化后的散热器的换热能力,并考虑改变肋片局部形貌对强化散热的贡献,模拟证实新型散热器可以保证路灯工作温度低于70℃,同时改变肋片局部形貌可以提高肋片组的对流换热能力,进一步降低路灯的工作温度。本文从LED芯片封装和外部散热器设计两条技术路线出发解决大功率LED散热难题,给出了最利于散热的衬底层材料及厚度;设计并优化了一种新型散热器,取得了良好的散热效果,对大功率LED路灯散热研究提供了指导性建议。