Existem duas explicações prováveis para isso. Um deles é que um dos módulos requer uma voltagem elevada para operar a 667MHz.
O outro se relaciona com os módulos sendo incompatíveis. Quando você tem dois módulos incompatíveis, o sistema precisa encontrar uma configuração que ambos os módulos suportem.
Pode ser que não haja um conjunto adequado de temporizações para 667MHz que funcione bem com os dois módulos. Na verdade, pode ser mais rápido deixar o clock da memória para 533MHz e manter a latência baixa.
Isto é especialmente verdadeiro se o seu Core 2 Duo tem um FSB de 1066Mhz. O FSB é quad-bombeado e a memória DDR2 é bombeada duplamente. 1066/4 = 533/2, e há um benefício em combiná-los em CPUs Core 2.