Que dificil es valorar este tipo de cosas, y hacerlo de forma objetiva, para poder determinar si es el terminal el que tiene problemas.
Como dice Gabu, en cualquier smartphone que se preste cuando estas usando 3G (datos) en zona de baja cobertura (y no tan bajo, dicho sea de paso), el chipset de radio se pone a emitir a maxima potencia para poder mantener una conexion lo mas estable posible con la "torre". Estamos hablado en algo mas de 1W de potencia que puede tener un chipset de estos, lo que se transforma en CALOR/Temperatura.
Como digo es algo normal y ocurre sin excepcion en todos los terminales que al menos he tenido (iphone4,S3,Nexus4,iphone5)